宇(yǔ)宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是(shì)什么(me)？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过去的几(jǐ)十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数(shù)学原理一(yī)书中，埃(āi)萨(sà)克(kè)牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天(tiān)文(wén)学(xué)家(jiā)们发(fā)现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的(de)时候，他(tā)们(men)就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知的(de)天体通过(guò)引力在(zài)摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并且发(fā)现了海王星(xīng)的存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用(yòng)万有引力定(dìng)律所取得重大天文(wén)成就的例子。但(dàn)是这(zhè)些发(fā)现都是在恒星系(xì)统的尺度(dù)当中，可(kě)当(dāng)我们上(shàng)升到星系(xì)或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在(zài)研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是一个(gè)由数千个(gè)星系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测(cè)量星系团的质量一(yī)般会(huì)使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果一致，就(jiù)可以(yǐ)确(què)定其质量的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学(xué)的(de)质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的(de)光度(dù)。

第二种是动力(lì)学(xué)质量的计算，是利(lì)用光谱红(hóng)移测量星系团中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对于(yú)星系团的运动速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学(xué)质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的(de)质量消(xiāo)失了(le)，或者说(shuō)这99%的(de)质量(liàng)并不以可见光的形式(shì)所存在，我(wǒ)们无(wú)法看到。最诡异(yì)的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按(àn)照牛顿的运(yùn)动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些可见星系的(de)质量(liàng)所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系(xì)团之(zhī)外了(le)，除非有一种神秘(mì)的(de)力量在(zài)起作(zuò)用，这(zhè)种力量来(lái)源(yuán)于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据(jù)着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的人们对这(zhè)样(yàng)的一种说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“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(fú)特(tè)在(zài)观(guān)测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测(cè)的(de)结果却让人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根(gēn)据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现(xiàn)象，科(kē)学家们(men)会使用一(yī)种相(xiāng)对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是(shì)测量星系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上(shàng)距(jù)离星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望(wàng)远镜(jìng)测量了(le)距离星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛(niú)顿的力学定律。我们(men)的太阳系(xì)也不例外，太阳系位(wèi)于银河系(xì)的第三悬臂之上(shàng)，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳系的运行(xíng)速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论速度，那(nà)么(me)产生以上这种向心加速度(dù)的(de)原(yuán)因很可能就是(shì)存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗物(wù)质的引力效应将星系聚(jù)集(jí)在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究(jiū)人员开(kāi)始相信暗(àn)物质的(de)存在。科学家根据(jù)星系(xì)外(wài)恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当(dāng)中暗(àn)物(wù)质的质量占整个星系质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可(kě)以解(jiě)释这(zhè)个现象的原因。在一(yī)项新的研究当中(zhōng)，科学(xué)家们发(fā)现，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力(lì)效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之间，也会出(chū)现速(sù)度上(shàng)的(de)微小差(chà)异。另外，天文学家还发现了(le)一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河系不多，但是星系当中(zhōng)存在(zài)的恒(héng)星数量却只有(yǒu)银河系的千(qiān)分之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分(fēn)崩离析。但(dàn)是(shì)科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个(gè)小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒(héng)星运动是可(kě)以用正常的(de)物(wù)质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有(yǒu)人(rén)提出(chū)，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了(le)。奇怪(guài)的(de)是(shì)，它的(de)附近没有(yǒu)任何星(xīng)系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物(wù)质的(de)假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类(lèi)对(duì)引力的理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能在不同尺度空间中的工作方式(shì)是(shì)不同(tóng)的(de)，这意(yì)味(wèi)着在行(xíng)星系尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿着(zhe)它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到(dào)星系和(hé)星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用(yòng)则是不(bù)同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用(yòng)，科学(xué)家还引(yǐn)入了外部(bù)场效应的(de)概念，指(zhǐ)的是在数百万光(guāng)年的(de)规模上(shàng)，巨大的(de)质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的(de)效果，这(zhè)个(gè)理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这意味着我们(men)需要对现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发(fā)现(xiàn)也让很多人认为暗物(wù)质(zhì)假说(shuō)理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的(de)其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星(生日快乐缩写HBD，hb生日快乐缩写xīng)系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类(lèi)似这样(yàng)的(de)星团，它们(men)大(dà)部分的普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气体的相互作用就会导致温(wēn)度(dù)的急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质量将位于所有这(zhè)些气(qì)体所在的中(zhōng)间区(qū)域。那么我们(men)通过什么(me)来验证它的(de)质量区域到底是不(bù)是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第(dì)一张全彩的(de)高清照(zhào)片，在(zài)照片(piàn)中我们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也不(bù)是韦伯望远镜(jìng)出了什么(me)问(wèn)题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我(wǒ)们地球上(shàng)的观测(cè)者之间。被一(yī)个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的(de)东西的引力，会使身后更遥远星系的(de)光都(dōu)发生了扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就是引力透镜效应。这(zhè)个巨(jù)大的天体可能是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人(rén)们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不(bù)是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团(tuán)发生全部(bù)的(de)碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了(le)中间，暗物质则直接通过(guò)了这个区域，并在两边形成了引力(lì)透(tòu)镜。对(duì)子(zi)弹(dàn)星系(xì)团的(de)引力(lì)透镜研究(jiū)也被认为(wèi)是暗物质(zhì)存在(zài)的(de)迄今(jīn)为止最(zuì)好的(de)理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始(shǐ)，38万年(nián)之(zhī)后(hòu)，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上(shàng)留下了各相(xiāng)同性的(de)微(wēi)波辐(fú)射。其中红色(sè)的部(bù)分表示温(wēn)度(dù)较高的区域(yù)，蓝(lán)色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景(jǐng)分离(lí)后的二值图像进行连通域提取和标记之后(hòu)发(fā)现，如(rú)果宇宙当中没有暗(àn)物(wù)质，图(tú)形看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好(hǎo)地(dì)解释了很多不同的(de)观测结果。而暗物质(zhì)的(de)本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过(guò)引(yǐn)力来相互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了(le)暗物质(zhì)存在(zài)的实际(jì)证据(jù)。这种粒子(zi)到底是(shì)什么？科(kē)学家们(men)已经提出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验(yàn)方式也(yě)不相同(tóng)。在过去(qù)的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规(guī)物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质(zhì)性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的(de)格(gé)兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大的地学(xué)实验室，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层楼高(gāo)的(de)探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期(qī)性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这(zhè)里(lǐ)的科学家声称观(guān)测(cè)到了(le)某种信号(hào)。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现了(le)一个有(yǒu)趣的事情。探测率会(huì)在每年(nián)的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这(zhè)可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号(hào)呢？刚(gāng)才我们讲了(le)太阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕着(zhe)银河系进行移动，那(nà)么如(rú)果(guǒ)暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我们也(yě)在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相(xiāng)应的(de)振荡，同时地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳环绕(rào)银(yín)河系的方向是一致(zhì)的，而另(lìng)外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份(fèn)的时候(hòu)，地(dì)球与太阳的方向正好(hǎo)达(dá)到完全一致，这是理论上地(dì)球穿(chuān)越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观(guān)测(cè)到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这(zhè)种年(nián)度(dù)周期信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高山上(shàng)的积雪，甚至(zhì)连(lián)意大(dà)利游(yóu)客(kè)的数量也符合这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科学家们(men)又在南半(bàn)球建(jiàn)立了(le)一个几乎相(xiāng)同(tóng)的(de)实验室，这里的(de)季节(jié)与之前的(de)实(shí)验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流的运动特征和第一个(gè)实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所(suǒ)存在的(de)非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还无法提(tí)供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太(tài)空望远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的视野(yě)是哈勃红外(wài)仪(yí)器的100倍(bèi)。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个(gè)关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果(guǒ)，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的(de)科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗(àn)物质存在，它(tā)们极有可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支(zhī)持(chí)宇宙(zhòu)当中生命的(de)诞生，或者说(shuō)是生命进(jìn)化的一个重要(yào)因(yīn)素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到进一步的(de)证实，那(nà)么(me)遍(biàn)布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过(guò)这样的效(xiào)应(yīng)创造生(shēng)命。当然(rán)，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存(cún)不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新的动力！

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