宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存(cún)在(zài)科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么(me)？人类为(wèi)了寻(xún)找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是(shì)却没有发现任何(hé)的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了(le)万有引力定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动(dòng)的(de)规律。往后的(de)几百年来，当天(tiān)文学家们发现某些(xiē)天(tiān)体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异(yì)常(cháng)，不符合(hé)万有(yǒu)引力定(dìng)律的时(shí)候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体通过引力在(zài)摄动它(tā)的轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的(de)异常，推算并且发(fā)现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星的发(fā)现都是应(yīng)用万有引(yǐn)力定律所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当(dāng)我们上升到(dào)星系或(huò)者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹威基正在研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一(yī)个(gè)由数千(qiān)个(gè)星(xīng)系所组成(chéng)的巨(jù)大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团(tuán)的质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种是(shì)获得其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要的数(shù)据是测量(liàng)各个星系的(de)光度。

第二种是(shì)动力学(xué)质(zhì)量的计算，是利(lì)用光(guāng)谱红移测(cè)量星(xīng)系团中的各个星系相对于星系(xì)团(tuán)的运(yùn)动速度。当测(cè)量结果(guǒ)出来(lái)之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的(de)质(zhì)量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存在(zài)，我(wǒ)们无(wú)法看到(dào)。最诡(guǐ)异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹(zī)威(wēi)基发现星(xīng)系团中很(hěn)多(duō)星(xīng)系的速度(dù)比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力是(shì)无(wú)法(fǎ)将它们束缚在(zài)星系团内的，它(tā)们早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是(shì)当时的人们对这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观(guān)测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来说(shuō)，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢(màn)。但是他们观测的结果却让(ràng)人(rén)感到不(bù)可思议。

随(suí)着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律，在(zài)星系(xì)当中如果没有足(zú)够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科学家们会(huì)使(shǐ)用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于是科学(xué)家(jiā)们(men)通过射(shè)电望远镜(jìng)测量了距离星系(xì)中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们(men)的旋转速度并不(bù)符合牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河(hé)系的第三悬臂之(zhī)上，距离(lí)银河(hé)系(xì)中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速(sù)度围绕银河系(xì)旋转，这(zhè)个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那(nà)么产(chǎn)生以上这(zhè)种向(xiàng)心(xīn)加(jiā)速(sù)度的(de)原因很可能就是(shì)存(cún)在着(zhe)一种我(wǒ)们看不到(dào)的物(wù)质，是这(zhè)些暗物质的(de)引力(lì)效(xiào)应(yīng)将星(xīng)系(xì)聚集在了一起。

也是从这(zhè)时(shí)开始，越来越多(duō)的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科(kē)学(xué)家(jiā)根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当(dāng)中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是(shì)唯(wéi)一可以解释(shì)这个现象(xiàng)的原因。在一项新(xīn)的(de)研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应的遥远恒(héng)星之间，也(yě)会(huì)出现速度(dù)上的微小差(chà)异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系(xì)不多，但是星系当中存在的(de)恒星(xīng)数量却只有银(yín)河系的(de)千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析(xī)。但是科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了(le)40个(gè)小(xiǎo)时(shí)的详细测量(liàng)之后，发现星系(xì)中的恒星运动(dòng)是可(kě)以用正鲁j是哪个城市 鲁j是哪个省的车牌号(zhèng)常的物质和力学定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物(wù)质的(de)假说之外，另(lìng)一种可能就是(shì)人(rén)类对(duì)引力的(de)理解还不够全面，引力很可(kě)能在不(bù)同尺度(dù)空(kōng)间中的(de)工作方式(shì)是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺度(dù)中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到(dào)星系和(hé)星团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则(zé)是(shì)不同的方(fāng)式。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模(mó)上(shàng)，巨(jù)大的质量之间会产生(shēng)对彼此特(tè)殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意(yì)味着我们需(xū)要对现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说(shuō)理论就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在(zài)的其他的(de)理(lǐ)论(lùn)证据，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样的(de)星团，它们大部分的(de)普(pǔ)通(tōng)质量都(dōu)在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星(xīng)际气体的相互作(zuò)用就会导致温度(dù)的急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分(fēn)的(de)质(zhì)量(liàng)将(jiāng)位于所有这(zhè)些(xiē)气体(tǐ)所在的中间(jiān)区域(yù)。那么我(wǒ)们(men)通过(guò)什么来(lái)验证它的质量区域到底是(shì)不是集中在中(zhōng)间(jiān)呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩的(de)高(gāo)清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的形变。其(qí)实这(zhè)些(xiē)星系本身(shēn)并不是真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什(shén)么(me)问题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球(qiú)上的观测(cè)者之间(jiān)。被一个(gè)质(zhì)量超级巨大的(de)天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了(le)扭曲(qū)。这个(gè)现象(xiàng)就是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物(wù)质。

所以当人们(men)对子弹星系团观测的时候，发现它的(de)大(dà)质(zhì)量(liàng)区域并不(bù)是在(zài)中间(jiān)，而(ér)是在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解(jiě)释方法(fǎ)就是(shì)当星团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的(de)质量气(qì)体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并在(zài)两边形成了引力(lì)透镜。对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团(tuán)的引力透镜研究(jiū)也被认为(wèi)是(shì)暗物质存在(zài)的迄今为(wèi)止最好(hǎo)的理论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见(jiàn)光终于可以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同(tóng)性的微(wēi)波(bō)辐射(shè)。其中红色的部分表示温度(dù)较(jiào)高(gāo)的(de)区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们之(zhī)间的温差(chà)只有万(wàn)分之一。

科学(xué)家(jiā)们通过对前景背(bèi)景(jǐng)分离后(hòu)的二值图像(xiàng)进行(xíng)连通域(yù)提取和标记之后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起(qǐ)来不应该(gāi)是这(zhè)样的，而随着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们需(xū)要的暗物(wù)质大约是普通物(wù)质的(de)5倍。这个数字与解释(shì)星系(xì)当中(zhōng)恒星运动所需要的(de)暗物质比(bǐ)例是一(yī)致的。这就意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就(jiù)很(hěn)好地解释了很多不同的(de)观测(cè)结果。而(ér)暗(àn)物质的(de)本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任(rèn)何其(qí)他的电磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相(xiāng)互(hù)作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找到(dào)这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在的(de)实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科(kē)学家们已(yǐ)经提出了数(shù)十(shí)种的(de)假想目标，而要寻找这(zhè)些不(bù)同的目(mù)标粒子所(suǒ)需要的(de)实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在过(guò)去的(de)几十年当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行(xíng)了超过50次(cì)的实(shí)验，却没有任何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个地方，意(yì)大利的格兰(lán)萨(sà)索山(shān)，隶(lì)属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当中，藏着地(dì)球上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子的(de)周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学家声称(chēng)观测到了(le)某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年的(de)数(shù)据收集(jí)，人们发(fā)现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在(zài)每年(nián)的6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在(zài)11月(yuè)降到(dào)最低(dī)，而且在20年(nián)当中每年都(dōu)是(shì)一(yī)样。一些科学家认为这可能是人(rén)类发现(xiàn)暗物质的第一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么(me)暗物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕(rào)着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也(yě)在以这(zhè)样的(de)速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进(jìn)行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的(de)方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一(yī)致的，而另外(wài)半年则与之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份(fèn)的(de)时(shí)候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越(yuè)暗物质流(liú)最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到(dào)了最慢值(zhí)。尽管在实际的(de)情况中(zhōng)，太(tài)阳系相对银河系(xì)的(de)平面呈现了60度的(de)倾(qīng)斜(xié)，但是这(zhè)并不(bù)影(yǐng)响这(zhè)个理论的有(yǒu)效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来解释(shì)，研究(jiū)人(rén)员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这(zhè)种年度周(zhōu)期信号的差异也(yě)可能是温(wēn)度、湿度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的(de)积(jī)雪，甚至(zhì)连意大利游客(kè)的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又在南(nán)半球(qiú)建(jiàn)立了(le)一个几乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里的季(jì)节(jié)与之前(qián)的实验室(shì)正好相反(fǎn)，而(ér)在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一个实验室(shì)是一(yī)样的(de)。

因此，如果在(zài)这里(lǐ)可以得到相同(tóng)的信号，就可(kě)以成为暗物质所存在的非常有力的证据(jù)了。但是由于这(zhè)个(gè)实验(yàn)室刚刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这(zhè)台太(tài)空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但(dàn)它的(de)宽视(shì)场仪器(qì)提供的视野(yě)是(shì)哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗曼(màn)太(tài)空(kōng)望远镜(jìng)其中一个(gè)关(guān)键的(de)用途就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于(yú)探测的结果(guǒ)，我们只能(néng)拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学(xué)家丹(dān)琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质(zhì)存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或者说是(shì)生命进(jìn)化的一个重要因(yīn)素。

如果这一(yī)理论得到进(jìn)一步的证实(shí)，那么遍(biàn)布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落(luò)的(de)行星(xīng)上，暗物质正在通过(guò)这样的效应创造(zào)生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得(dé)暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力(lì)！

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