宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为(wèi)了寻找暗(àn)物(wù)质(zhì)存(cún)在(zài)的证据(jù)，科学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是(shì)却(què)没有发现任何的有效证据(jù)。除(chú)了一(yī)个地方，在1687年出(chū)版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天体运动(dòng)的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天(tiān)体运行轨道出(chū)现异常，不(bù)符(fú)合万有引力定律的时候，他(tā)们就会知道(dào)，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知的天(tiān)体通过引力在(zài)摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王(wáng)星运行轨道(dào)的异常，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应(yīng)用万有引力定律所取得重大天文(wén)成就的例子。但是(shì)这些(xiē)发现(xiàn)都(dōu)是在恒星(xīng)系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可当我们(men)上(shàng)升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量后发(fā)星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一般会(huì)使用到两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结(jié)果(guǒ)一致(zhì)，就可以确(què)定(dìng)其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用(yòng)光谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中的(de)各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团(tuán)有99%的(de)质量消失(shī)了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的(de)形式所存在，我(wǒ)们(men)无法看到。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速度(dù)的(de)过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系的速(sù)度比理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按照牛顿的(de)运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的引力是无法(fǎ)将它们(men)束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星(xīng)系团之外(wài)了，除非(fēi)有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维基提出(chū)了(le)这样部(bù)分不可见的暗质，它(tā)不(bù)发散光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝(jué)大(dà)部分的质(zhì)量。只是(shì)当(dāng)时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距(jù)离(lí)中心(xīn)越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结(jié)果却(què)让人(rén)感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着(zhe)与中心距离的增(zēng)加，恒星的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的(de)质量(liàng)来吸(xī)引它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就(jiù)被(bèi)甩到(dào)宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学家们(men)会(huì)使用一种相(xiāng)对(duì)标(biāo)准的方(fāng)法来解释暗(àn)物(wù)质的存在，这种方法就是(shì)测量(liàng)星系(xì)当中气体在X轴上距(jù)离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的(de)力量进入(rù)其中。

于是科学(xué)家(jiā)们通过射电望远镜测量了距离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学(xué)定(dìng)律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速(sù)度应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心(xīn)加速度的(de)原因很可能就是存在(zài)着一种我(wǒ)们看不到的物质，是(shì)这些(xiē)暗物质(zhì)的引力效应将星(xīng)系(xì)聚集在了(le)一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员(yuán)开始相信暗物质的(de)存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的(de)质量占整个星系质(zhì)量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个现象的原因。在一(yī)项新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出现速度(dù)上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文(wén)学家还(hái)发(fā)现了一个(gè)反(fǎn)常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是星(xīng)系当中存(cún)在的(de)恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星系中的恒(héng)星(xīng)运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来(lái)解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近(jìn)没(méi)有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的(de)除了(le)暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就(jiù)是(shì)人类对引力(lì)的理解(jiě)还(hái)不够(gòu)全(quán)面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的(de)工作方式(shì)是不同(tóng)的(de)，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的(de)轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系(xì)和星团的(de)尺度，引力之间的相互作(zuò)用(yòng)则是(shì)不同的方式(shì)。对于在(zài)星系团之(zhī)间的相互(hù)作用(yòng)，科学家还引入了外(wài)部场效(xiào)应的概念，指的是(shì)在数百万光年(nián)的规模(mó)上，巨大(dà)的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要对现在(zài)的物(wù)理定律进行(xíng)修(xiū)正(zhèng)，这些发(fā)现也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其他(tā)的(de)理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们大部(bù)分的普(pǔ)通(tōng)质量都在(zài)星系(xì)的气体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会(huì)导致温(wēn)度(dù)的(de)急剧升(shēng)高，速度(dù)大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系(xì)团大部(bù)分的质量(liàng)将位于(yú)所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那么(me)我们通过什么来验(yàn)证它的质量(liàng)区域(yù)到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照片中我们可(kě)以(yǐ)明显地(dì)看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系(xì)本身并不(bù)是(shì)真的(de)被扭曲(qū)了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了(le)什(shén)么问题(tí)，而是这样极(jí)遥远的天体(tǐ)和(hé)我们地球上的观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会(huì)使身后(hòu)更遥远星系的(de)光都(dōu)发生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象(xiàng)就(jiù)是引(yǐn)力透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能是超(chāo)大质量的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系(xì)团观测的时(shí)候，发现它(tā)的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最(zuì)好的解释(shì)方法就(jiù)是当星团发(fā)生全(quán)部的(de)碰撞时(shí)，可(kě)被(bèi)观测到的质量气(qì)体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗(àn)物质则直接通过(guò)了(le)这个区域，并在(zài)两边形成了(le)引力(lì)透镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的引力(lì)透(tòu)镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于(yú)可以畅通(tōng)无阻地穿越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在(zài)宇宙空(kōng)间(jiān)背景(jǐng)上留下(xià)了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万分之(zhī)一(yī)。

科学家们(men)通过(guò)对(duì)前(qián)景(jǐng)背(bèi)景分离(lí)后的二值(zhí)图像进(jìn)行连通(tōng)域(yù)提取和标(biāo)记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图(tú)形看起(qǐ)来不应该(gāi)是这样的，而随着暗(àn)物(wù)质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背景辐(fú)射的测(cè)量值，我们需要的(de)暗物(wù)质大约是普通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系(xì)当中恒(héng)星运动所需(xū)要的暗物质比(bǐ)例是一(yī)致(zhì)102693是哪个学校代码，10532是哪个学校代码的。这就(jiù)意味着。

用了(le)一个简单(dān)的理论框架，就很好地(dì)解释(shì)了很(hěn)多(duō)不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而(ér)暗(àn)物(wù)质的本(běn)质就是(shì)宇宙(zhòu)当(dāng)中存在(zài)着某(mǒu)种类型(xíng)的(de)粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒(lì)子的存在，就相(xiāng)当于(yú)找(zhǎo)到了暗物质存(cún)在的实(shí)际证据(jù)。这种粒(lì)子到底是什么(me)？科学家们已经(jīng)提(tí)出了数十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的目标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的几(jǐ)十年当中，人(rén)类为了寻(xún)找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物(wù)质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米处的(de)地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地学(xué)实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层楼高(gāo)的探测器(qì)，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的(de)数据(jù)收集，人们(men)发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在(zài)每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一些(xiē)科学家(jiā)认为(wèi)这可(kě)能是人类发现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直接(jiē)证据。

但(dàn)是为什(shén)么(me)暗物质(zhì)会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银(yín)河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着我们也(yě)在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过(guò)程中会(huì)产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太(tài)阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以有半年的时间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向是一致的，而(ér)另外(wài)半年则(zé)与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完全一致(zhì)，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段102693是哪个学校代码，10532是哪个学校代码。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对(duì)银河系(xì)的平面(miàn)呈(chéng)现(xiàn)了(le)60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并(bìng)不影(yǐng)响这(zhè)个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号。当然(rán)也(yě)可(kě)能有其他(tā)的情(qíng)况，造成(chéng)这种年(nián)度(dù)周期信号(hào)的差异(yì)也可能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪，甚至连(lián)意大利游客的(de)数(shù)量也符合这(zhè)个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半(bàn)球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与之(zhī)前(qián)的(de)实验(yàn)室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过(guò)暗(àn)物质流的(de)运动特征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的(de)信号，就可以成为(wèi)暗物(wù)质所存在(zài)的非常有力的(de)证据了。但是由于(yú)这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提(tí)供的视野是(shì)哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其(qí)中一个关键的用(yòng)途就是(shì)探索(suǒ)暗(àn)物质背后(hòu)的奥秘(mì)，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目(mù)以待(dài)了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们(men)极(jí)有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)生(shēng)命的诞(dàn)生，或者(zhě)说是生命进化的(de)一个(gè)重要(yào)因素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论(lùn)得到(dào)进(jìn)一步(bù)的证实，那么(me)遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会(huì)不会意味着人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当(dāng)中某个102693是哪个学校代码，10532是哪个学校代码(gè)角(jiǎo)落的(de)行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应(yīng)创造生命(mìng)。当然(rán)，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物(wù)质存(cún)在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质(zhì)到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的(de)支持是我更(gèng)新的(de)动力！

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