宇(yǔ)宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为何会(huì)存在科学(xué)无(wú)法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了(le)寻找暗物质存在的(de)证据，科学家(jiā)们在过去(qù)的几(jǐ)十年当(dāng)中进行(xíng)了超过50次的(de)长期(qī)实验，但是(shì)却(què)没(méi)有发现任何(hé)的有(yǒu)效证据。除(chú)了(le)一(yī)个地(dì)方，在(zài)1687年出(chū)版的(de)自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿(dùn)发表了(le)万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规(guī)律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当天文学家们(men)发(fā)现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨道(dào)出(chū)现异常，不符(fú)合万有(yǒu)引力定(dìng)律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定(dìng)有未知(zhī)的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过(guò)天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且(qiě)发(fā)现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有(yǒu)引力(lì)定律所取得重大(dà)天(tiān)文成就的(de)例(lì)子。但是(shì)这些发现都是(shì)在恒星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们上升到星(xīng)系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在(zài)研究和测量后发星系团(tuán)的(de)质量。这是(shì)一个由数千(qiān)个星系所组成的(de)巨大星系(xì)团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果一(yī)致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其"光度(dù)学的质量(liàng)"，需要(yào)的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第(dì)二种是动力学(xué)质(zhì)量的计算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测(cè)量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发(fā)座星系(xì)团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了(le)，或者说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以(yǐ)可见光的(de)形式所存在，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是，在测(cè)量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的(de)速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们(men)束缚在星系(xì)团内的，它们早就应(yīng)该被(bèi)抛出星(xīng)系团(tuán)之外了，除(chú)非有一种(zhǒng)神(shén)秘的(de)力量(liàng)在起作(zuò)用，这种力量来源于(yú)某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了(le)这样部(bù)分不(bù)可见(jiàn)的(de)暗质，它不(bù)发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质量(liàng)。只是当(dāng)时的人(rén)们对(duì)这样的一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再一(yī)次出(chū)现。天文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特(tè)在观(guān)测(cè)仙女座星(xīng)系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的(de)运(yùn)行速度就会越慢。但(dàn)是(shì)他(tā)们观测(cè)的结果却让人感到不可(kě)思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在(zài)星系当中如果没有足够(gòu)大(dà)的质量来吸引它们(men)，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系(xì)中心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们(men)通过射电望远镜测量了距离星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合(hé)牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们的(de)太阳系也不(bù)例(lì)外，太阳系(xì)位于银(yín)河系的(de)第三悬臂(bì)之上，距离(lí)银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引力(lì)定律进行计算，太(tài)阳(yáng)系的运(yùn)行速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银(yín)河系旋(xuán)转，这个(gè)实际(jì)速度远远大于(yú)理(lǐ)论速度，那么(me)产生以上这(zhè)种向心加速度的原因(yīn)很可能就是存在着一(yī)种我们看不到的物质，是这些暗(àn)物质的引(yǐn)力效应将(jiāng)星系(xì)聚集(jí)在(zài)了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系(xì)外(wài)恒星轨(guǐ)道的(de)速(sù)度，估算(suàn)在星系当(dāng)中(zhōng)暗物质的(de)质量占整(zhěng)个星(xīng)系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力(lì)效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出现速(sù)度上的(de)微小差异。另(lìng)外，天文学(xué)家(jiā)还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却只有(yǒu)银(yín)河系的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该星系必(bì)须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细(xì)测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常的物质(zhì)和力学定律来(lái)解释的(de)。那么又有人提出，也(yě)许该(gāi)星系的(de)暗物质，已经被附近的(de)另(lìng)一(yī)个大星系剥离(lí)了。奇怪的(de)是，它(tā)的附近没(méi)有任何星系存在。造成这些现象的(de)除(chú)了暗物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的(de)，这意味着(zhe)在(zài)行星系(xì)尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿着它们(men)的轨道，按(àn)照我们(men)所理解的(de)方(fāng)式(shì)运动。但是上升(shēng)到星系和星(xīng)团的尺度，引力(lì)之间的相互(hù)作用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万光(guāng)年的(de)规模(mó)上，巨(jù)大(dà)的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需(xū)要对(duì)现在(zài)的物理定律进(jìn)行(xíng)修正，这(zhè)些发现也让(ràng)很多人(rén)认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论(lùn)就(jiù)此(cǐ)终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论(lùn)证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法(fǎ)解(jiě)释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分(fēn)的普(pǔ)通质量都(dōu)在星系(xì)的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相互作(zuò)用就(jiù)会导致温度的急(jí)剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在(zài)的中间区域。那么我(wǒ)们通过(guò)什么来(lái)验证(zhèng)它(tā)的质量(liàng)区域到底是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以明显地看到(dào)很多星系(xì)似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形(xíng)变(biàn)。其(qí)实这(zhè)些(xiē)星系本身并不(bù)是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题(tí)，而是这样极(jí)遥远的天(tiān)体和(hé)我们地(dì)球上的(de)观(guān)测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引(yǐn)力(lì)，会(huì)使身后(hòu)更遥远星(xīng)系(xì)的光(guāng)都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力(lì)透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大(dà)的天(tiān)体(tǐ)可(kě)能是超大(dà)质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测(cè)的时候，发(fā)现它的大质(zhì)量(liàng)区域并不是在中间，而是(shì)在两侧(cè)。所以(yǐ)最好(hǎo)的(de)解释方法(fǎ)就是当星团发(fā)生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个(gè)区(qū)域，并在两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的(de)引力透镜研究也被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好(hǎo)的(de)理论(lùn)证据(jù)。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来(lái)自(zì)宇宙当(dāng)中最古老的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上(shàng)它们之间的温(wēn)差只有(yǒu)万(wàn)分(fēn)之一。

科学家们(men)通(tōng)过对前景背景分离后(hòu)的(de)二值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图(tú)形看起来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅(fú)度(dù)会减(jiǎn)小，才变得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们(men)需(xū)要的(de)暗物质大约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个数字与(yǔ)解(jiě)释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运动(dòng)所需要的(de)暗物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架(jià)，就很好(hǎo)地(dì)解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它们(men)不参与(yǔ)任何(hé)其他(tā)的(de)电磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来相互作用。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒(lì)子的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找到(dào)了暗(àn)物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已(yǐ)经(jīng)提(tí)出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目(mù)标(biāo)粒子所需要的实验方(fāng)式也不(bù)相(xiāng)同(tóng)。在(zài)过(guò)去的几十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗物(wù)质(zhì)”，科学(xué)家们(men)已经(jīng)进行了超过50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何(hé)实质性的发现，除了(le)一个(gè)地方，意大利的(de)格(gé)兰(lán)萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的地学实验(yàn)室，这个(g田井读什么字，畊和耕的区别è)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的周(zhōu)期性(xìng)震(zhèn)荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测(cè)到了(le)某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多年的数据(jù)收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事(shì)情(qíng)。探测(cè)率会在每年的6月(yuè)份达(dá)到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发(fā)现暗物质(zhì)的第一个直接(jiē)证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期(qī)性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度围绕着银河(hé)系(xì)进行移(yí)动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意(yì)味(wèi)着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相(xiāng)应(yīng)的(de)振(zhèn)荡(dàng)，同时(shí)地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银(yín)河(hé)系的方(f田井读什么字，畊和耕的区别āng)向(xiàng)是一致的，而另外半年则(zé)与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在(zài)6月(yuè)份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太阳的(de)方(fāng)向正好达到完(wán)全(quán)一致(zhì)，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际(jì)的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对(duì)银河(hé)系(xì)的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的(de)倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为这可以用来解释，研究人员们(men)所观(guān)测(cè)到的周期性信(xìn)号。当然也可能(néng)有(yǒu)其(qí)他的情况，造成(chéng)这种年(nián)度(dù)周期信号的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高山(shān)上的积雪，甚至连意(yì)大利游客(kè)的数量也符合这(zhè)个(gè)周期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们又在(zài)南半球(qiú)建立了一个几(jǐ)乎相同的实(shí)验室，这里(lǐ)的季节(jié)与之(zhī)前(qián)的实(shí)验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征和第(dì)一个(gè)实(shí)验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同的(de)信号，就可以成为暗物质(zhì)所存(cún)在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个(gè)实验(yàn)室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望(wàng)远镜(jìng)，这台太(tài)空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜(jìng)相同(tóng)，但它的宽视场仪器(qì)提供(gōng)的(de)视野是哈勃(bó)红外(wài)仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其(qí)中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于(yú)探测(cè)的结果，我们(men)只能拭目(mù)以待(dài)了(le)。费(fèi)米实验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物(wù)质会不会意味(wèi)着人(rén)类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样(yàng)的效应(yīng)创造生命。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前提是要(yào)先找到暗物(wù)质存在的(de)实际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是(shì)我更(gèng)新的动力！

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