宇(yǔ)宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为何会(huì)存在科(kē)学无法(fǎ)解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们在过去的(de)几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然哲学数学(xué)原理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表了万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的规律。往后(hòu)的几百年来，当(dāng)天文(wén)学家们(men)发(fā)现某些天体运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不(bù)符合万有引力(lì)定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未知的(de)天体通过引力在(zài)摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就(jiù)通过天(tiān)王星运行轨道的异常(cháng)，推算并(bìng)且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用(yòng)万有(yǒu)引(yǐn)力定律所(suǒ)取得重大(dà)天文成就的例(lì)子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统(tǒng)的尺度(dù)当中(zhōng)，可当(dāng)我们(men)上升到星(xīng)系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家弗(fú)里茨兹(zī)威基正(zhèng)在研究和(hé)测量后发(fā)星系团(tuán)的质(zhì)量。这(zhè)是一个由数(shù)千个星系(xì)所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系团，这些星系(xì)被引力束缚在一(yī)起。测(cè)量星系团(tuán)的质量一般会使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就可以确(què)定(dìng)其(qí)质量的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要的数(shù)据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团(tuán)中的(de)各个星系(xì)相对于星系团(tuán)的运动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失(shī)了，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量(liàng)并(bìng)不以可(kě)见光(guāng)的形式所存在，我(wǒ)们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系(xì)的速度(dù)比理(lǐ)论上要快得多，按(àn)照(zhào)牛(niú)顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的(de)引力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它(tā)们(men)早就应(yīng)该被抛(pāo)出星(xīng)系团之外了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘(mì)的(de)力量在起作用，这种力(lì)量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样部分(fēn)不可(kě)见的暗(àn)质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只是当时的(de)人们对这样的(de)一种(zhǒng)说(shuō)法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女(nǚ)座(zuò)星(xīng)系中的(de)恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越远的(de)恒星在(zài)其(qí)轨道上(shàng)的运(yùn)行速度就会越慢(màn)。但(dàn)是他们观测的结果却让人感到不(bù)可思议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心(xīn)距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在(zài)星系(xì)当中如果没(méi)有足够大的(de)质量来(lái)吸引它们(men)，这些(xiē)外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用(yòng)一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存(cún)在，这种方(fāng)法就是(shì)测(cè)量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以(yǐ)及(jí)在(zài)Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的力(lì)量进(jìn)入其中。

于是科学(xué)家们通过射电(diàn)望远镜测量了距离(lí)星系中心更远距离(lí)的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系位于银河(hé)系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引力定(dìng)律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的(de)运行速度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际(jì)速(sù)度远远(yuǎn)大于理论速度(dù)，那(nà)么产生以(yǐ)上这种向心(xīn)加(jiā)速(sù)度的原因很(hěn)可能(néng)就是存在着一种我们看不到(dào)的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集在(zài)了一(yī)起。

也(yě)是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多(duō)的研(yán)究(jiū)人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量(liàng)占(zhàn)整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是唯一(yī)可以(yǐ)解释这(zhè)个(gè)现象(xiàng)的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会(huì)出现(xiàn)速度(dù)上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学家还发现了一个反(fǎn)常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科(kē)学家们使用最(zuì)先进的望(wàng)远镜对其(qí)进行了40个(gè)小(xiǎo)时的(de)详细测量(liàng)之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒星运(yùn)动是可(kě)以用正(zhèng)常的物质(zhì)和力(lì)学(xué)定律来(lái)解(jiě)释的。那么又有人(rén)提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥(bō)离了(le)。奇(qí)怪的是(shì)，它的(de)附近(jìn)没有任何星(xīng)系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对(duì)引力的(de)理解(jiě)还不(bù)够(gòu)全(quán)面，引力很可能在(zài)不同尺度(dù)空间中的工作(zuò)方式是不(bù)同的(de)，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和(hé)星团的尺度(dù)，引力之间的相互(hù)作用则(zé)是不同的方(fāng)式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还(hái)引入了(le)外(wài)部场效应的概念，指的是(shì)在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间(jiān)会(huì)产生对彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着(zhe)我们(men)需要对现(xiàn)在的(de)物(wù)理定律进行(xíng)修正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很多人认为暗(àn)物质(zhì)假说理论就此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于暗物(wù)质存(cún)在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星系(xì)团(tuán)所组成，类似(shì)这样的星团(tuán)，它们大(dà)部分的普通质(zhì)量都在星(xīng)系的(de)气体当中。当(dāng)星(xīng)团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时(shí)候(hòu)，星(xīng)际(jì)气(qì)体的相互(hù)作用就会(huì)导致(zhì)温度的急剧升高，速度大(dà)幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分(fēn)的质(zhì)量将位(wèi)于所(suǒ)有(yǒu)这些气体(tǐ)所在的中间(jiān)区域。那么我们通(tōng)过什么(me)来验证它的质量区域到底(dǐ)是不是集中在(zài)中间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太(tài)空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高(gāo)清(qīng)照(zhào)片，在照(zhào)片(piàn)中我们(men)可以(yǐ)明显地看到(dào)很(hěn)多星系似(shì)乎被拉伸产生(shēng)了(le)巨大的形变。其(qí)实这些星系本身(shēn)并不(bù)是真(zhēn)的被扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们地(dì)球上的观测者之间(jiān)。被(bèi)一个质量超级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的(de)天体(tǐ)可能是超(chāo)大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系(xì)团观测的时(shí)候，发现(xiàn)它(tā)的大质量区域并不(bù)是在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以最好(hǎo)的解释(shì)方(fāng)法就是当星团(tuán)发生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测(cè)到的质(zhì)量(liàng)气(qì)体被卡在了中间，暗物(wù)质(zhì)则直接通过了这个(gè)区(qū)域，并在两边形(xíng)成了引力透(tòu)镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可(kě)以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留(liú)下了各相同性的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色(sè)的部分(fēn)表示温度(dù)较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表示相对较冷的(de)区域，但(dàn)实(shí)际(jì)上(shàng)它们(men)之间(jiān)的温差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学(xué)家们通过对前(qián)景背景分离后的二值图(tú)像进行连通域提(tí)取和标(biāo)记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质(zhì)，图(tú)形看(kàn)起来不应该是这样的，而随着暗(àn)物质(zhì)的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量家用炒菜锅生铁好还是熟铁好，铸铁锅和生铁锅哪个对身体好值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物(wù)质的(de)5倍。这个(gè)数字与解释星(xīng)系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所(suǒ)需要的暗物质比(bǐ)例是(shì)一(yī)致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框架，就(jiù)很好(hǎo)地(dì)解释了很多不同的观测结(jié)果。而暗(àn)物质的(de)本质(zhì)就是(shì)宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用(yòng)。所以如果能够(gòu)找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了(le)暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒(lì)子所需要(yào)的实(shí)验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年(nián)当中，人(rén)类为了寻找这(zhè)些看不见、摸(mō)不到，几乎不(bù)会(huì)与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已(yǐ)经(jīng)进行了(le)超过50次的实(shí)验，却(què)没有任何实(shí)质性的(de)发现，除了(le)一个(gè)地(dì)方，意大利的格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米(mǐ)处(chù)的地下(xià)矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地(dì)学实验室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻(xún)找暗(àn)物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学(xué)家(jiā)声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多(duō)年的(de)数(shù)据(jù)收集，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年(nián)的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一(yī)样。一些(xiē)科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是为什么(me)暗(àn)物质(zhì)会(huì)产生周期性(xìng)的年(nián)度信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲了(le)太阳(yáng)系正在以220公里/秒的(de)速度(dù)围绕着银河系进行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在(zài)以这样(yàng)的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程(chéng)中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡，同时地(dì)球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年(nián)的时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的方(fāng)向(xiàng)与(yǔ)太阳环(huán)绕银河系的方(fāng)向是一(yī)致的，而(ér)另(lìng)外半年则(zé)与之(zhī)相反。

而在(zài)6月(yuè)份的(de)时候，地球与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好达到(dào)完全一(yī)致(zhì)，这(zhè)是理论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物(wù)质(zhì)流(liú)最快的(de)时段(duàn)。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际(jì)的家用炒菜锅生铁好还是熟铁好，铸铁锅和生铁锅哪个对身体好情况中，太阳系相对银河系的(de)平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影(yǐng)响这(zhè)个理(lǐ)论的(de)有效性。

因此科学家认为这可(kě)以(yǐ)用来解释，研(yán)究人员们所观(guān)测到的周期性(xìng)信号(hào)。当然(rán)也可能有其(qí)他(tā)的情(qíng)况，造(zào)成这种年度(dù)周(zhōu)期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游客的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在(zài)南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验(yàn)室(shì)，这里的季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质流的运动(dòng)特征和第一(yī)个(gè)实验(yàn)室(shì)是(shì)一样的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质所存(cún)在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以截至目(mù)前还无法(fǎ)提供相应(yīng)的数据支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台新的(de)望远镜，这台太(tài)空望远镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外(wài)仪(yí)器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗(àn)物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒(lì)子(zi)天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究发现，如(rú)果暗(àn)物(wù)质存在(zài)，它们极有可能(néng)拥有另一(yī)种神秘的(de)效应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞(dàn)生，或者说是生(shēng)命进化的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物(wù)质会(huì)不会意味(wèi)着(zhe)人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的(de)行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些推论的大(dà)前提是(shì)要先找到(dào)暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的(de)实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得(dé)暗物质(zhì)到底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持是我更(gèng)新的动力！

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