宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类(lèi)为了(le)寻(xún)找暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的证据，科学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期(qī)实(shí)验(yàn)，但是却没有发现任何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了(le)一个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自然哲(zhé)学数学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示了(le)宇宙中天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们(men)发现某些(xiē)天体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常，不符(fú)合万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)的(de)时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动(dòng)它的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过(guò)天王(wáng)星运行轨道的(de)异常，推算(suàn)并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发(fā)现(xiàn)都是在(zài)恒(héng)星系统的尺度(dù)当(dāng)中，可(kě)当我们上升到星(xīng)系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开(kāi)始变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成(chéng)的巨(jù)大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团(tuán)的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需(xū)要的数据是(shì)测量各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二种是(shì)动力学质量的(de)计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团(tuán)中(zhōng)的各个星系相对于星系(xì)团的运动速(sù)度。当(dāng)测量结(jié)果出来(lái)之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不(bù)以可见光(guāng)的形式所(suǒ)存在，我们(men)无法(fǎ)看到(dào)。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系团中很(hěn)多星系(xì)的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见星系的(de)质量所产生的引力是无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它(tā)们早(zǎo)就(jiù)应该被(bèi)抛出星(xīng)系(xì)团之(zhī)外了，除非(fēi)有一种神秘(mì)的力量在(zài)起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量(liàng)来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基(jī)提出(chū)了这样部分不可(kě)见的暗质，它(tā)不发散光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部(bù)分(fēn)的质量。只(zhǐ)是(shì)当时的人们对这(zhè)样的(de)一种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词才再一(yī)次(cì)出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在(zài)观测仙(xiān)女座星系中的恒星(xīng)运(yùn)动。理(lǐ)论上(shàng)来说(shuō)，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速(sù)度(dù)就(jiù)会越慢。但是他们(men)观(guān)测的结(jié)果却让人感到不可思(sī)议。

随(suí)着与中(zhōng)心距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的(de)旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持不(bù)变。可是(shì)根据牛(niú)顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没有足够(gòu)大的质量来(lái)吸引它们(men)，这些外围(wéi)的(de)恒星早(zǎo)就被(bèi)甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用一(yī)种相对标准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物(wù)质的存在(zài)，这种方法就是测(cè)量星系(xì)当中气体在X轴上距离(lí)星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现(xiàn)异(yì)常的(de)结果，就认(rèn)为(wèi)是由暗(àn)物质的(de)力量(liàng)进(jìn)入其中。

于(yú)是(shì)科学家们通过射(shè)电望远镜测(cè)量了(le)距离星系(xì)中心更远距离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿(dùn)的(de)力学(xué)定律(lǜ)。我们(men)的太(tài)阳系也(yě)不例外，太(tài)阳系位于银河系的第(dì)三悬(xuán)臂(bì)之上，距离(lí)银(yín)河系中心(xīn)2.6万光年，根据万(wàn)有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上(张含韵当年发生了什么事，张含韵以前发生什么事shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实(shí)际速(sù)度远远大于理论速度，那(nà)么产(chǎn)生以上这种向心(xīn)加速度的(de)原因很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星系聚集(jí)在了一(yī)起。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质(zhì)的(de)存在。科学(xué)家根据(jù)星系外恒星轨道(dào)的速度(dù)，估(gū)算在(zài)星系当中暗物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象(xiàng)的原因。在(zài)一项(xiàng)新的(de)研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的(de)遥远恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度(dù)上的微小差异(yì)。另外(wài)，天文学(xué)家还发现(xiàn)了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地球大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中存(cún)在的(de)恒星数量却只有银河(hé)系的千(qiān)分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存(cún)在暗物(wù)质，否则(zé)就会分崩离(lí)析(xī)。但(dàn)是科学家(jiā)们(men)使用(yòng)最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其(qí)进行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星系的暗物(wù)质，已经被(bèi)附(fù)近的另一个大(dà)星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪的是，它(tā)的附近没有(yǒu)任(rèn)何星系存在。造成这些现象的(de)除了暗物(wù)质(zhì)的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对(duì)引力的理解(jiě)还(hái)不够全面(miàn)，引力很可能(néng)在(zài)不(bù)同尺度空间(jiān)中的工作(zuò)方(fāng)式是不(bù)同的(de)，这(zhè)意味着在(zài)行星系(xì)尺度中的天(tiān)体(tǐ)会沿着它(tā)们(men)的轨道，按照我们(men)所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的(de)相互作(zuò)用(yòng)则是不同的方式。对于(yú)在星系团之(zhī)间的相互(hù)作用，科学家还(hái)引入了外(wài)部场效应(yīng)的(de)概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间(jiān)会产生对(duì)彼此特(tè)殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说(shuō)理论(lùn)就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子(zi)弹星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的(de)星团，它们大(dà)部分的普通质量都在(zài)星(xīng)系的(de)气体当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的(de)相互(hù)作用就会(huì)导致(zhì)温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那(nà)么(me)我(wǒ)们通(tōng)过什么来(lái)验证它的质量区(qū)域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一(yī)张全彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片(piàn)中我们(men)可以明(míng)显(xiǎn)地看到很(hěn)多(duō)星系(xì)似(shì)乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实(shí)这些星系本身(shēn)并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量(liàng)的东(dōng)西的(de)引力，会(huì)使(shǐ)身后更(gèng)遥远星(xīng)系的光(guāng)都发(fā)生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象就是引力(lì)透镜(jìng)效(xiào)应(yīng)。这(zhè)个巨大的(de)天(tiān)体可能是超大(dà)质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团观测(cè)的(de)时候，发现它的(de)大(dà)质量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团发生全(quán)部的(de)碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并在(zài)两边形成了引力透(tòu)镜。对(duì)子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最(zuì)好的理论(lùn)证据(jù)。

除(chú)此之(zhī)外，还(hái)有来(lái)自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了130多(duō)亿年之后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了(le)各相同性的微波辐射(shè)。其中红(hóng)色的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对(duì)较冷(lěng)的区(qū)域，但(dàn)实(shí)际(jì)上(shàng)它们之间的温(wēn)差(chà)只有万分之一。

科学(xué)家(jiā)们通过(guò)对前景背景分(fēn)离(lí)后的二值图像(xiàng)进(jìn)行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有暗物(wù)质，图形看起来(lái)不(bù)应该(gāi)是(shì)这样的，而(ér)随着暗物(wù)质的(de)增加，一些峰值(zhí)的(de)幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物(wù)质的5倍。这(zhè)个数字与解(jiě)释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需要的暗物(wù)质比例(lì)是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论(lùn)框架，就(jiù)很好(hǎo)地解释了(le)很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的(de)电磁作(zuò)用，只通过引力来(lái)相互(hù)作(zuò)用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找到了暗物质存在(zài)的(de)实际证据(jù)。这(zhè)种粒子(zi)到底是什么？科学(xué)家们已经提出了(le)数十种的(de)假想目(mù)标，而要寻找这(zhè)些不同的目(mù)标粒子所需(xū)要(yào)的实验方式(shì)也不相同。在(zài)过去(qù)的几十年当(dāng)中，人类为了(le)寻找这些看(kàn)不见、摸不(bù)到(dào)，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物质相互作用的(de)“暗(àn)物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过(guò)50次的实验(yàn)，却(què)没(méi)有任何实质(zhì)性的发现，除(chú)了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地球上最大(dà)的地学实验室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的(de)探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到(dào)了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的事(shì)情。探测(cè)率会在每年的(de)6月份达(dá)到(dào)峰值，然(rán)后在(zài)11月(yuè)降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年(nián)都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会(huì)产生周期(qī)性的年(nián)度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着(zhe)我们也在以这样(yàng)的速(sù)度在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一致的(de)，而另外半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好(hǎo)达到(dào)完全(quán)一(yī)致，这是(shì)理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快(kuài)的时段。而在(zài)11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢(màn)值(zhí)。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系(xì)相(xiāng)对银河系(xì)的平面呈现了(le)60度的倾斜，但(dàn)是这并不(bù)影响(xiǎng)这(zhè)个理论的有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家认(rèn)为这可以用来(lái)解释，研(yán)究人员们(men)所观测到(dào)的(de)周期性信号。当(dāng)然也可能有其(qí)他的情况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周(zhōu)期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的(de)水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建(jiàn)立(lì)了(le)一个(gè)几乎相同(tóng)的(de)实(shí)验室(shì)，这里的季(jì)节与之前的实(shí)验室正(zhèng)好相反，而(ér)在这(zhè)里，地球穿过(guò)暗物质流的(de)运动特征(zhēng)和(hé)第一(yī)个实验室是(shì)一样(yàng)的(de)。

因此，如果在这(zhè)里可以得到(dào)相同的(de)信(xìn)号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的(de)非常有力(lì)的证(zhèng)据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截至(zhì)目(mù)前还无法提供相(xiāng)应的数(shù)据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜(jìng)，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪(yí)器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望远镜其(qí)中一个关键的用途就是(shì)探索暗(àn)物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的(de)科(kē)学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘的效(xiào)应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者说是生(shēng)命进化的一个重(zhòng)要(yào)因素(sù)。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的(de)暗(àn)物质会不会意味(wèi)着(zhe)人类并不孤单呢(ne)？或(huò)许在(zài)宇宙当(dāng)中某个角落(luò)的行星上(shàng)，暗物质正在通(tōng)过(guò)这(zhè)样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么(me)小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质(zhì)到底存不存(cún)在呢(ne)？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我更(gèng)新的动力！

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