宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为(wèi)何会存在科(kē)学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么(me)？人类为了寻(xún)找暗物质存在的(de)证据，科学家(jiā)们在(zài)过(guò)去的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但是(shì)却没有发现任何(hé)的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲(zhé)学(xué)数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表(biǎo)了(le)万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的(de)几百年来(lái)，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他(tā)们(men)就会知道，周围(wéi)一(yī)定(dìng)有(yǒu)未知的天体通过引力在摄(shè)动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现都是应(yīng)用(yòng)万有引力定律所取得(dé)重大天文成就的(de)例子(zi)。但(dàn)是这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们上升(shēng)到星系或者是(shì)星团的尺(chǐ)度(dù)，事情就(jiù)开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测(cè)量(liàng)后发星系团的(de)质量。这是(shì)一个由数千个(gè)星系所(suǒ)组成(chéng)的巨(jù)大星(xīng)系团，这些星(xīng)系被引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质(zhì)量一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一(yī)致，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需(xū)要的(de)数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学(xué)质量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中的各个星系(xì)相对于星系团的运(yùn)动速度。当(dāng)测(cè)量结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是(shì)“光度(dù)学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光的形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星(xīng)系(xì)团中很多(duō)星(xīng)系的(de)速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些可(kě)见星(xīng)系的质量所(suǒ)产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早就应(yīng)该被抛(pāo)出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在(zài)起作用，这(zhè)种力量来(lái)源(yuán)于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却(què)占据着宇宙中绝大(dà)部分的(de)质量(liàng)。只是当时(shí)的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福(fú)特(tè)在观测仙女(nǚ)座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上的(de)运行速度就会(huì)越(yuè)慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让(ràng)人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离(lí)的(de)增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可(kě)是根据牛顿(dùn)的(de)万有引力(lì)定律，在(zài)星系当中如果(guǒ)没有足(zú)够(gòu)大的(de)质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的恒星(xīng)早(zǎo)就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一(yī)种相对(duì)标准(zhǔn)的方(fāng)法来解释暗物质(zhì)的(de)存在(zài)，这(zhè)种方法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出(chū)现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进(jìn)入(rù)其(qí)中。

于是(shì)科学(xué)家们(men)通(tōng)过射电望(wàng)远镜测(cè)量了距离星系中心更远距离的(de)氢(qīng)元素，发现它(tā)们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符合(hé)牛顿的力学(xué)定律(lǜ)。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳(yáng)系位(wèi)于银(yín)河系(xì)的(de)第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进(jìn)行计算，太阳系的运行(xíng)速(sù)度(dù)应该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速度(dù)远远大于理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上这(zhè)种向心加速度的原因很(hěn)可(kě)能(néng)就是存在着一种我们看不到(dào)的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从(cóng)这时开始，越来越多的研究人(rén)员开始相(xiāng)信暗物质的(de)存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的(de)速(sù)度，估算在星系当中暗(àn)物质的(de)质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可(kě)以(yǐ)解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的(de)研究当中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没有引力效(xiào)应的(de)遥远恒星之(zhī)间，也(yě)会出现速度上的(de)微小差异。另(lìng)外，天文学家(jiā)还(hái)发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系(xì)不多(duō)，但是星系当(dāng)中(zhōng)存在的恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河系的(de)千(qiān)分之一(yī)。

所以在(zài)理论上，该星(xīng)系(xì)必须存在暗(àn)物质，否则就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科(kē)学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小时(shí)的(de)详细测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可以用正常的(de)物质(zhì)和力(lì)学定(dìng)律来解释的(de)。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离(lí)了(le)。奇怪的是，它的(de)附近(jìn)没有(农是什么部首什么结构的字，农是什么部首什么结构的yǒu)任何星(xīng)系存(cún)在。造成这些现象的(de)除了(le)暗物质的(de)假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在(zài)不同尺度空间(jiān)中的(de)工作方式是(shì)不同的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是上(shàng)升到星系(xì)和星团的(de)尺(chǐ)度，引(yǐn)力之(zhī)间(jiān)的相互作用则(zé)是不(bù)同的方式。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科(kē)学(xué)家还引入了(le)外部场效应的概念，指的(de)是在(zài)数(shù)百万光(guāng)年的规模上，巨大的质(zhì)量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需要对现在的(de)物理(lǐ)定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现也让很多人(rén)认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于暗物质(zhì)存在的其他(tā)的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子(zi)弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它(tā)们(men)大部(bù)分的(de)普(pǔ)通质量都在星(xīng)系的气体当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系团大部分的(de)质量将位于所有这些(xiē)气体(tǐ)所(suǒ)在的中间(jiān)区(qū)域。那(nà)么我们通过什么来验证它的(de)质量区域到底是不(bù)是集中在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中第一张全彩的(de)高清(qīng)照片，在照片中我们(men)可以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么(me)问题，而是(shì)这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之(zhī)间(jiān)。被一个(gè)质(zhì)量超级(jí)巨(jù)大的天体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量的东西的(de)引力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥(yáo)远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大的天体(tǐ)可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候(hòu)，发现它的大(dà)质量区(qū)域并不(bù)是在中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是(shì)当(dāng)星(xīng)团发生全部(bù)的(de)碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的质(zhì)量气体被卡在(zài)了(le)中间，暗(àn)物(wù)质(zhì)则(zé)直接通过了这个区(qū)域，并在(zài)两边形(xíng)成了引力(lì)透镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的引力(lì)透(tòu)镜研究也被认为是暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还(hái)有来自(zì)宇宙当中最古老的光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿(yì)年之后(hòu)，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示(shì)温度较高的区(qū)域，蓝(lán)色则表示相对较冷的(de)区域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离后(hòu)的二(èr)值图像进(jìn)行(xíng)连通(tōng)域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来(lái)不应该(gāi)是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅(fú)度会(huì)减小，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背(bèi)景辐射的测量值(zhí)，我们(men)需要的(de)暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解(jiě)释星(xīng)系当中(zhōng)恒(héng)星运动所需要的暗(àn)物质比例是一(yī)致的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了(le)一个简单的理论框架，就(jiù)很好(hǎo)地解释了(le)很多不同的观测(cè)结(jié)果。而暗(àn)物质的本质就是(shì)宇宙当中存在(zài)着(zhe)某种类型的粒子，它们(men)不(bù)参与(yǔ)任(rèn)何其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互作用(yòng)。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提(tí)出了(le)数十(shí)种的(de)假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的(de)目(mù)标(biāo)粒子所需要的实验方式也(yě)不(bù)相同(tóng)。在过去(qù)的(de)几十年当中，人类为了寻(xún)找这(zhè)些(xiē)看不见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与常规物质相互(hù)作用的(de)“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次(cì)的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了(le)一个地(dì)方(fāng)，意大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器(qì)，一直致(zhì)力(lì)于(yú)寻找暗(àn)物质粒(lì)子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的(de)科学家(jiā)声(shēng)称(chēng)观测到(dào)了某种信(xìn)号。经(jīng)过了20多年的数(shù)据收集(jí)，人们(men)发现了(le)一个有趣的事情。探测率(lǜ)会(huì)在每(měi)年的6月份达(dá)到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样(yàng)。一(yī)些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物(wù)质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们(men)讲了太阳系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而(ér)另外半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达(dá)到完全一(yī)致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了(le)最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不(bù)影响这个理(lǐ)论的(de)有效性。

因(yīn)此科学(xué)家认为这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研究人(rén)员们所观(guān)测(cè)到的周期(qī)性信号。当然(rán)也(yě)可(kě)能(néng)有其他的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期(qī)信号的差异(yì)也可(kě)能(néng)是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积(jī)雪，甚至连(lián农是什么部首什么结构的字，农是什么部首什么结构的)意大利游客的数(shù)量也(yě)符合(hé)这个周(zhōu)期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在南半(bàn)球建立了(le)一个几(jǐ)乎相同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与(yǔ)之(zhī)前的实(shí)验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实(shí)验室是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的信号(hào)，就可(kě)以成(chéng)为暗物质所存在的非(fēi)常有力的(de)证(zhèng)据(jù)了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提(tí)供相应的(de)数据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪(yí)器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中一个关键的(de)用途就是探索暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验室粒子天体(tǐ)物(wù)理中(zhōng)心的科学(xué)家(jiā)丹(dān)琥(hǔ)珀(pò)和贾(jiǎ)森(sēn)斯特(tè)芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘(mì)的效(xiào)应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的(de)诞(dàn)生，或者说是(shì)生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步(bù)的证实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙当中的(de)暗物质(zhì)会不会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论(lùn)的大(dà)前提是要先找到暗物质存(cún)在的(de)实际证(zhèng)据(jù)。那(nà)么小伙伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新(xīn)的(de)动力(lì)！

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