宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻(xún)找暗物质(zhì)存在的(de)证据，科学家们(men)在过去的几十年当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是却没有发现任何(hé)的(de)有效证据。除(chú)了一(yī)个地(dì)方，在(zài)1687年出版的(de)自然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当(dāng)天文学(xué)家们(men)发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时(shí)候，他们就会(huì)知道(dào)，周围(wéi)一(yī)定有未知(zhī)的天体通过(guò)引力在摄动它(tā)的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过(guò)天(tiān)王(wáng)星运行轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算并且发(fā)现了海(hǎi)王星(xīng)的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万(wàn)有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例(lì)子。但(dàn)是这些发现都是在(zài)恒(héng)星系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系(xì)或者是(shì)星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就(jiù)开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后发星(xīng)系(xì)团的质量。这是一个由(yóu)数(shù)千(qiān)个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测(cè)量星系团的(de)质(zhì)量一般(bān)会使用到(dào)两(liǎng)种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定(dìng)其质量(liàng)的(de)范围。

第一种是获(huò)得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测量各(gè)个星(xīng)系的光度。

第二种是(shì)动力(lì)学(xué)质量的(de)计(jì)算，是利用光(guāng)谱红移(yí)测量(liàng)星系(xì)团中的各个星系(xì)相(xiāng)对(duì)于星系团的运动(dòng)速度。当测量(liàng)结(jié)果出来之后，兹威基(jī)彻底懵(měng)了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然是(shì)“光(guāng)度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的(de)质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到(dào)。最(zuì)诡异的是(shì)，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系(xì)团中(zhōng)很多星(xīng)系的(de)速(sù)度(dù)比理论(lùn)上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些(xiē)可见星系的(de)质量所产生的引力是无法将它(tā)们束(shù)缚在星系团内的，它(tā)们早(zǎo)就(jiù)应该(gāi)被抛(pāo)出星系团之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘(mì)的(de)力量(liàng)在起(qǐ)作用，这种力量来(lái)源于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提出了(le)这样部分(fēn)不可见的暗质(zhì)，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它们却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的(de)质(zhì)量(liàng)。只是当时的人们(men)对(duì)这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星(xīng)运(yùn)动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其(qí)轨道上的运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但是他们观测(cè)的结果却让人感到不(bù)可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变(bià一对璧人还是一双璧人呢，一对璧人什么意思n)。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够(gòu)大(dà)的质量来吸引它们，这些(xiē)外(wài)围的恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基于这种现(xiàn)象，科学(xué)家们会使(shǐ)用一(yī)种相对标准的(de)方法来解释暗(àn)物质(zhì)的存在，这(zhè)种方法就是(shì)测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如(rú)果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量进入(rù)其中。

于(yú)是科(kē)学家们(men)通过射电望远镜测量了距离(lí)一对璧人还是一双璧人呢，一对璧人什么意思星(xīng)系中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力(lì)学(xué)定律。我们(men)的太阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距(jù)离银(yín)河系中心2.6万光年，根据(jù)万有(yǒu)引力定律进(jìn)行计算，太(tài)阳系的(de)运行(xíng)速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度围绕(rào)银河系(xì)旋(xuán)转，这个实际(jì)速度远远大于理论(lùn)速度，那(nà)么产生以上这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是(shì)存在着一种我们看不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚(jù)集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来(lái)越多的研(yán)究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估(gū)算(suàn)在星系当中暗物质的(de)质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的(de)遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也会(huì)出现(xiàn)速度(dù)上的微(wēi)小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个(gè)反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小和银河系(xì)不(bù)多，但(dàn)是星系当中存在的恒星(xīng)数量却只有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系(xì)必须存(cún)在(zài)暗物(wù)质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的望远(yuǎn)镜对其(qí)进(jìn)行了40个小(xiǎo)时(shí)的(de)详细(xì)测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用正常的物质和力(lì)学(xué)定律(lǜ)来解释(shì)的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的(de)暗物质，已(yǐ)经(jīng)被(bèi)附近(jìn)的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗物(wù)质(zhì)的(de)假说(shuō)之外(wài)，另一种可能就是(shì)人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工作方(fāng)式是不同的(de)，这意味(wèi)着在(zài)行星系尺度中的天体会(huì)沿(yán)着它们(men)的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星(xīng)系和星团的(de)尺度，引力之间的相互(hù)作(zuò)用则是不同的(de)方式。对于在星(xīng)系团之(zhī)间的相互作用，科学家(jiā)还(hái)引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是在(zài)数百(bǎi)万(wàn)光年的规模上(shàng)，巨(jù)大(dà)的质量之(zhī)间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特(tè)殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味(wèi)着我(wǒ)们需要对(duì)现(xiàn)在的物理定(dìng)律进行修正，这些发(fā)现也(yě)让很多人认为暗物质假说理论就(jiù)此(cǐ)终结(jié)。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物质存在(zài)的(de)其他的(de)理论证据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释(shì)的“引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个(gè)碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)星系团所组成，类似这样(yàng)的星团(tuán)，它们大部(bù)分的普通(tōng)质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气(qì)体的相互作(zuò)用就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部分(fēn)的质量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气体所在(zài)的中间(jiān)区域。那么(me)我们通过什么来验证它的质量区域(yù)到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清(qīng)照片(piàn)，在(zài)照(zhào)片中我们可以(yǐ)明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不(bù)是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问(wèn)题(tí)，而是这(zhè)样极(jí)遥(yáo)远的天体和(hé)我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这(zhè)个巨大的(de)天体可能是(shì)超大质量的(de)黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹星系(xì)团观(guān)测的时候(hòu)，发现它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以(yǐ)最好(hǎo)的(de)解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到(dào)的(de)质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则(zé)直接(jiē)通过了这个区域，并在两边形(xíng)成(chéng)了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被(bèi)认为是暗物(wù)质(zhì)存在的迄今(jīn)为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间(jiān)背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色(sè)的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际(jì)上它(tā)们之间(jiān)的温(wēn)差只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值(zhí)图像(xiàng)进行(xíng)连通域提取和标记(jì)之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不(bù)应该是(shì)这样的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐射的测(cè)量值，我们需(xū)要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例是一(yī)致的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的(de)观测(cè)结果。而暗(àn)物质的本质就(jiù)是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通(tōng)过引力来相互作(zuò)用(yòng)。所(suǒ)以如果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子(zi)的(de)存在(zài)，就相当于(yú)找到(dào)了暗物(wù)质存在的实(shí)际证据(jù)。这(zhè)种粒子到(dào)底是什么？科学(xué)家们已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在(zài)过去(qù)的(de)几(jǐ)十年当中，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相(xiāng)互(hù)作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已经进(jìn)行了超(chāo)过50次(cì)的实验(yàn)，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地(dì)球上最(zuì)大的(de)地(dì)学实(shí)验(yàn)室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学家声称观测(cè)到(dào)了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了(le)20多年的(de)数据(jù)收集，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每(měi)年都是(shì)一样。一些(xiē)科学家认(rèn)为这可(kě)能是人(rén)类发现暗物(wù)质的(de)第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质会(huì)产生(shēng)周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太(tài)阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系(xì)进(jìn)行移动，那么(me)如果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年(nián)的时间，地球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而(ér)另(lìng)外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方(fāng)向正好达到(dào)完全(quán)一致，这是(shì)理(lǐ)论(lùn)上地球(qiú)穿越暗(àn)物(wù)质流最(zuì)快(kuài)的时段。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值。尽管在(zài)实际(jì)的(de)情况中(zhōng)，太(tài)阳系相(xiāng)对银河(hé)系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个(gè)理论(lùn)的有效性(xìng)。

因(yīn)此科(kē)学(xué)家认为(wèi)这可(kě)以用来解(jiě)释，研究人员们所观测到(dào)的(de)周期性信号(hào)。当(dāng)然也(yě)可能有(yǒu)其他的情况，造(zào)成这(zhè)种年度周期(qī)信号的差(chà)异也可(kě)能是温度(dù)、湿(shī)度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山(shān)上的积雪，甚至连意(yì)大利游客(kè)的数量也符合这(zhè)个(gè)周(zhōu)期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立(lì)了一(yī)个几乎相同的实验室(shì)，这里的(de)季(jì)节与之(zhī)前的(de)实验室一对璧人还是一双璧人呢，一对璧人什么意思正好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质流的运动(dòng)特征和第一(yī)个实(shí)验室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在(zài)这里可(kě)以(yǐ)得到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了(le)。但是由(yóu)于(yú)这个(gè)实(shí)验(yàn)室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供(gōng)相应的(de)数据支(zhī)持。另(lìng)外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的(de)效应(yīng)，这(zhè)种暗(àn)物质效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生(shēng)命的(de)诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到进一步的(de)证实，那么遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中的(de)暗物质(zhì)会不会意(yì)味着人(rén)类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大(dà)前提(tí)是(shì)要先(xiān)找到暗物质存在的(de)实际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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