宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗物(wù)质存在(zài)的证据，科学家们在过去的(de)几十年当(dāng)中(zhōng)进行了(le)超过50次的长期实验，但是却(què)没有发现(xiàn)任何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学数学原(yuán)理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发(fā)表了(le)万有引力定律，它(tā)揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天体运动(dòng)的规律。往后(hòu)的几(jǐ)百年(nián)来，当天文学(xué)家们发现某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道出现异常(cháng)，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们(men)就会知道，周围(wéi)一定有(yǒu)未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星(xīng)运行轨道的异(yì)常，推算(suàn)并(bìng)且发现(xiàn)了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都是(shì)应用万有引力定律所取得重大(dà)天文成就的例子(zi)。但是(shì)这(zhè)些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们上升到(dào)星系或者是(shì)星团(tuán)的(de)尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学(xué)家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后(hòu)发星(xīng)系团的质(zhì)量。这是一个由(yóu)数千个(gè)星系所组(zǔ)成的巨大星系(xì)团(tuán)，这些(xiē)星系(xì)被引(yǐn)力束缚在一起。测量星(xīng)系(xì)团(tuán)的(de)质量(liàng)一般会使用(yòng)到两(liǎng)种方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其(q酒红色是哪几个颜色调出来的í)"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学(xué)质量(liàng)的计算，是(shì)利用光谱红移(yí)测(cè)量星系团中的各个星系相对于(yú)星系团的运动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失(shī)了(le)，或者说这99%的(de)质量并(bìng)不以(yǐ)可见光的形(xíng)式所存(cún)在(zài)，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团中很多(duō)星系的速度(dù)比理(lǐ)论(lùn)上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系的(de)质量所产(chǎn)生的(de)引力是(shì)无法(fǎ)将它们束缚在星系(xì)团内的(de)，它们(men)早就应该被抛出(chū)星(xīng)系(xì)团之外了(le)，除非有一种(zhǒng)神秘(mì)的力量(liàng)在起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐(yǐn)形(xíng)的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的(de)暗质，它(tā)不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人们(men)对这(zhè)样的一种说(shuō)法不(bù)屑一(yī)顾(gù)。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在观测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的(de)恒(héng)星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的(de)运行速度就会越(yuè)慢。但是(shì)他们观测的结果却(què)让人感到不可(kě)思议(yì)。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)，在星系(xì)当中(酒红色是哪几个颜色调出来的zhōng)如果没有足(zú)够大(dà)的质量来酒红色是哪几个颜色调出来的(lái)吸引它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当(dāng)中了。基(jī)于这种现象，科学(xué)家们(men)会使用一种相对(duì)标准的方(fāng)法来(lái)解释(shì)暗物(wù)质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度(dù)。如(rú)果出(chū)现(xiàn)异常的(de)结果，就认为是由暗物(wù)质的力(lì)量进入其(qí)中。

于(yú)是科学(xué)家们(men)通过射电望(wàng)远镜测量(liàng)了(le)距(jù)离星系中心(xīn)更远距(jù)离的(de)氢元(yuán)素(sù)，发现它(tā)们的旋(xuán)转速(sù)度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系(xì)也(yě)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，根据万有引力定律进行计(jì)算(suàn)，太阳系的(de)运行速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在着一种我(wǒ)们看(kàn)不(bù)到(dào)的物质(zhì)，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在(zài)了一(yī)起。

也是从这(zhè)时开始，越来越(yuè)多的研究人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗(àn)物质(zhì)的质量占(zhàn)整个星(xīng)系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以解释这个现(xiàn)象的(de)原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎(hū)没(méi)有引力(lì)效应(yīng)的遥远恒星之间，也会(huì)出现(xiàn)速度(dù)上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量(liàng)却只(zhǐ)有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中(zhōng)的(de)恒(héng)星运动(dòng)是(shì)可(kě)以用正常的物(wù)质和(hé)力学(xué)定律来解(jiě)释的。那么(me)又(yòu)有人提(tí)出，也许该星系的暗(àn)物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近(jìn)没有任何星(xīng)系存在。造(zào)成这些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物质(zhì)的假说(shuō)之外(wài)，另一种可能就是(shì)人类对引力的理解(jiě)还不够全面(miàn)，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式(shì)是不同的，这意味着在(zài)行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的方式运动(dòng)。但(dàn)是(shì)上(shàng)升(shēng)到星系和(hé)星团(tuán)的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的相互作用则是不(bù)同的(de)方式(shì)。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学(xué)家还引入(rù)了外部场(chǎng)效应的概(gài)念，指的(de)是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大(dà)的质量之(zhī)间会产生对(duì)彼此特(tè)殊(shū)的效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对(duì)现在(zài)的(de)物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多人(rén)认为暗物质假说理论就此终结(jié)。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还(hái)有关(guān)于(yú)暗物质存在的其(qí)他的理论证据(jù)，这些理(lǐ)论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所(suǒ)没法(fǎ)解释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光年的(de)子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似(shì)这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量都在星(xīng)系的气(qì)体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气体的(de)相互作(zuò)用就会导致温(wēn)度的急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的(de)质量(liàng)将位于所有这(zhè)些(xiē)气体所在(zài)的(de)中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们通过什么来验证它的质量区(qū)域到底是(shì)不(bù)是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传(chuán)回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中我们可以明显地(dì)看到很多(duō)星(xīng)系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的(de)形变。其实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲(qū)了(le)，也不是(shì)韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么问题，而是(shì)这(zhè)样极遥(yáo)远的天体和(hé)我们地球上的观(guān)测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的(de)光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个现象就是引力(lì)透(tòu)镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天(tiān)体(tǐ)可能是(shì)超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它(tā)的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释方法就是当(dāng)星(xīng)团发生全部的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测到(dào)的质量气体被卡在了(le)中间，暗(àn)物质则直接通过了这个(gè)区域，并(bìng)在两边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的引(yǐn)力透镜研(yán)究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为止最好的(de)理论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还(hái)有来(lái)自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开(kāi)始(shǐ)，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光终于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性的微(wēi)波(bō)辐射。其(qí)中红色的部分表示温度(dù)较高的(de)区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过(guò)对前(qián)景(jǐng)背(bèi)景分离后(hòu)的二值图像(xiàng)进(jìn)行连(lián)通域(yù)提取和(hé)标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看(kàn)起来(lái)不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅(fú)度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质(zhì)大(dà)约(yuē)是普通物质的(de)5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的(de)暗物质比例(lì)是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单(dān)的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多(duō)不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质(zhì)就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的(de)粒子，它(tā)们不参与任何其(qí)他的电(diàn)磁作用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能(néng)够找到这种粒(lì)子的存在，就相(xiāng)当于找到了(le)暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什(shén)么(me)？科学(xué)家们已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的(de)几十(shí)年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学(xué)家(jiā)们已经进行了超过(guò)50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任(rèn)何实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格(gé)兰(lán)萨索山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的(de)地下矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大的(de)地学实验室，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个(gè)三(sān)层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了(le)20多(duō)年的数(shù)据收集，人们发现了一(yī)个(gè)有趣的事情。探测(cè)率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然(rán)后在(zài)11月降到(dào)最低，而且在(zài)20年(nián)当中每(měi)年都是一样(yàng)。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期性的年(nián)度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河(hé)系进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物质流，这(zhè)个过程中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕(rào)太阳进(jìn)行旋转。所以有半(bàn)年的时(shí)间(jiān)，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份(fèn)的(de)时候，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了(le)最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河(hé)系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以(yǐ)用来解(jiě)释，研(yán)究人员们所(suǒ)观(guān)测(cè)到的周期性信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造(zào)成这种年度周期信号的差异(yì)也可能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的(de)数量也符合这个周期的(de)规(guī)律。

所以，科(kē)学(xué)家们(men)又在(zài)南半球(qiú)建立了(le)一个几乎相同的实验室(shì)，这里的(de)季节与之前的(de)实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个(gè)实验(yàn)室是(shì)一样的。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得(dé)到相同的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物(wù)质所存在(zài)的非常(cháng)有(yǒu)力的(de)证(zhèng)据了(le)。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还(hái)无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一(yī)台(tái)新的(de)望远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提(tí)供的视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体(tǐ)物理中心的(de)科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘(mì)的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的(de)一个重要(yào)因素(sù)。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗(àn)物(wù)质会不会意味着人类并不(bù)孤单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某个角落的(de)行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的(de)效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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