宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在(zài)过(guò)去的(de)几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但是(shì)却没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学数学(xué)原理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动(dòng)的(de)规律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当天(tiān)文学(xué)家(jiā)们(men)发(fā)现(xiàn)某(mǒu)些天(tiān)体运行轨道出(chū)现异常，不符合万有引力(lì)定律的时候，他们(men)就会知道(dào)，周围一定有未知的天体(tǐ)通(tōng)过引(yǐn)力在(zài)摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王星运(yùn)行轨(guǐ)道的异(yì)常，推算(suàn)并(bìng)且发现了海王(wáng)星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星的发现都是应用(yòng)万有引力定律所(suǒ)取得(dé)重大天文成就的例子(zi)。但是(shì)这(zhè)些(xiē)发现都是(shì)在(zài)恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学(xué)家弗里茨(cí)兹威基(jī)正在研究(jiū)和测量后(hòu)发星系团(tuán)的(de)质量。这是一个由数千个(gè)星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引力(lì)束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确定(dìng)其质(zhì)量的范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其"光度学的(de)质量(liàng)"，需要的(de)数(shù)据是测(cè)量各个星(xīng)系的(de)光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力(lì)学质量的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中的(de)各个星系(xì)相(xiāng)对(duì)于星系团(tuán)的运动速度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不(bù)以可见光的形式(shì)所存在(zài)，我们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量速度的(de)过程中(zhōng)，兹威基发现星(xīng)系团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外了(le)，除非有一(yī)种神秘的力量(liàng)在(zài)起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了这样部(bù)分(fēn)不(bù)可见的暗质，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的(de)人(rén)们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福(fú)特在观(guān)测(cè)仙女座(zuò)星系(xì)中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道(dào)上的运(yùn)行速度(dù)就会越慢。但是(shì)他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可是(shì)根据牛(niú)顿的万有引力定(dìng)律，在星(xīng)系当中如果没(méi)有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用一(yī)种相对(duì)标准的方(fāng)法来(lái)解(jiě)释暗物(wù)质的存在，这种方法就是测(cè)量星系当中(zhōng)气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速(sù)度。如(rú)果出现(xiàn)异常的结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗(àn)物(wù)质(zhì)的力量(liàng)进(jìn)入(rù)其(qí)中。

于是(shì)科(kē)学家(jiā)们通过射电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们(men)的旋转速度并不符合牛(niú)顿的(de)力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河系的(de)第(dì)三悬臂之上，距离银河(hé)系(xì)中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有引力定律进(jìn)行计(jì)算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)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(shì)存在着一种我(wǒ)们(men)看不到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的引(yǐn)力效应将星(xīng)系聚(jù)集(jí)在了(le)一起。

也是从这时开始，越来(lái)越(yuè)多的研究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外(wài)恒星(xīng)轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物(wù)质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不(bù)是(shì)唯一(yī)可以(yǐ)解释这(zhè)个现象的(de)原因。在一项新的(de)研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的微(wēi)小差(chà)异(yì)。另外，天文(wén)学家还(hái)发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中存(cún)在的(de)恒星数量却只(zhǐ)有银(yín)河(hé)系(xì)的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在理论上，该(gāi)星(xīng)系(xì)必须(xū)存在暗物质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个(gè)小时的(de)详细测量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系(xì)的暗物(wù)质(zhì)，已经被附(fù)近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附(fù)近(jìn)没有任(rèn)何星系(xì)存(cún)在(zài)。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能就是人(rén)类对引力的理解(jiě)还(hái)不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所理解的(de)方(fāng)式运(yùn)动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用(yòng)则(zé)是不(bù)同的方式(shì)。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科学家(jiā)还引入了外部(bù)场效应的概念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光年的规模上(shàng)，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对(duì)现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发(fā)现(xiàn)也让(ràng)很多(duō)人(rén)认为暗物质假说(shuō)理论就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的(de)其他的理(lǐ)论证据(jù)，这(zhè)些理论证据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年(nián)的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这(zhè)样的星团(tuán)，它们大部分的普(pǔ)通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的(de)急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系(xì)团(tuán)大部分的质量(liàng)将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么(me)来验证它的质量区域到底是(shì)不(bù)是集中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们(men)可以明显地(dì)看到很多星系(xì)似乎被拉(lā)伸产生了(le)巨(jù)大(dà)的形变。其实这些星系本身并不(bù)是(shì)真的(de)被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯(bó)望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么(me)问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上(shàng)的观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量的东(dōng)西的引力，会使身(shēn)后(hòu)更(gèng)遥远星系的光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大(dà)的天体(tǐ)可能(néng)是超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以(yǐ)当(dān已婚男人经常找你聊天是什么意思，一个愿意陪你聊天的已婚男人g)人们对子弹星系(xì)团(tuán)观测的时候，发现它的大质量区域(yù)并(bìng)不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的(de)解(jiě)释方(fāng)法就是当星团(tuán)发生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被观测(cè)到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边(biān)形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的引(yǐn)力透镜研(yán)究也被认为是暗(àn)物质(zhì)存在的(de)迄今为(wèi)止最好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终于可(kě)以畅通无(wú)阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了(le)各相(xiāng)同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示(shì)温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的(de)温(wēn)差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过(guò)对前景(jǐng)背(bèi)景分(fēn)离后的二值图像进行连通域提(tí)取和(hé)标记之后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不(bù)应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐射(shè)的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物(wù)质的(de)5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的(de)暗物质比(bǐ)例是一致的。这(zhè)就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很(hěn)多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本(běn)质就(jiù)是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着某种类型(xíng)的粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互(hù)作(zuò)用(yòng)。所以如(rú)果能(néng)够找到这种粒子(zi)的存在，就相(xiāng)当于找到了(le)暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已经提(tí)出了数(shù)十种的假想目(mù)标，而要寻找这(zhè)些不同的目标(biāo)粒子所需(xū)要的(de)实验(yàn)方式也(yě)不相同。在过去的几十年当中，人类为了(le)寻找这(zhè)些(xiē)看不(bù)见(jiàn)、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会与常规物(wù)质相(xiāng)互作用的(de)“暗(àn)物(wù)质(zhì)”，科学(xué)家们已经(jīng)进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了(le)一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大(dà)的地学实验室，这个(gè)实(shí)验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼(lóu)高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

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自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声(shēng)称观测到了(le)某种信号。经过了20多年(nián)的(de)数据收(shōu)集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每(měi)年的(de)6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在(zài)11月降到最低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年(nián)都是一(yī)样。一些科学(xué)家认为(wèi)这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个(gè)直(zhí)接证据。

但是为什么暗物(wù)质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了(le)太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如(rú)果暗(àn)物质存在(zài)宇宙当中，这(zhè)意味着我们(men)也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物(wù)质(zhì)流，这个过(guò)程(chéng)中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的(de)方向与太阳(yáng)环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半(bàn)年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球(qiú)与太阳(yáng)的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上(shàng)地球(qiú)穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实(shí)际(jì)的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不影响这个理论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科(kē)学家(jiā)认为这可以用(yòng)来解(jiě)释，研究人员们所观(guān)测到的周期性信号(hào)。当然也可能有其他的情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周期信号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家(jiā)们又在(zài)南半球建立了一(yī)个几(jǐ)乎(hū)相同的(de)实验室，这里的季节与之前的(de)实验室正好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在(zài)的非(fēi)常有力的证据了。但是由(yóu)于这个实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法提供(gōng)相应的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的(de)宽视场仪器提(tí)供的(de)视(shì)野是哈勃红外(wài)仪(yí)器的100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜其(qí)中一个(gè)关键的用(yòng)途就是探(tàn)索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的(de)科学(xué)家丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要(yào)因素。

如果这一(yī)理论得到进一(yī)步的证实(shí)，那(nà)么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物质会(huì)不会意味着人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落(luò)的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请点(diǎn)赞(zàn)，你(nǐ)的支(zhī)持是(shì)我更新的(de)动(dòng)力！

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