宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造”的？为何会(huì)存在(zài)科学无法解释(shì)的“暗物(wù)质(zhì)”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什么？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的证据(jù)，科学(xué)家(jiā)们在过(guò)去的几十年当中进行了超过50次(cì)的长期实(shí)验(yàn)，但(dàn)是却(què)没有发现任(rèn)何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天(tiān)文(wén)学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符(fú)合万有引力(lì)定律的(de)时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知(zhī)的(de)天体通过引(yǐn)力(lì)在(zài)摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星(xīng)运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了(le)海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有引力(lì)定(dìng)律所取得(dé)重大(dà)天文成(chéng)就的例子(zi)。但是这些发(fā)现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们(men)上(shàng)升到(dào)星系或者(zhě)是星(xīng)团的尺度(dù)，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一(yī)个(gè)由数千个星系所组成的(de)巨大(dà)星系团(tuán)，这些(xiē)星(xīng)系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质(zhì)量的(de)范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要(yào)的数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第(dì)二(èr)种是(shì)动力学(xué)质(zhì)量的计算，是(shì)利(lì)用光(guāng)谱红移测量星(xīng)系团中的各个星(xīng)系相对于星系团的运动速度(dù)。当(dāng)测量结果出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座(zuò)星系(xì)团有99%的(de)质量消失(shī)了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式(shì)所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的(de)运动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质(zhì)量所产生的引力是(shì)无法将它们(men)束缚在星(xīng)系(xì)团内的，它们(men)早就应该被(bèi)抛(pāo)出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘(mì)的(de)力量在起作(zuò)用，这种力量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样(yàng)部分(fēn)不可见(jiàn)的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人们对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉(lā)鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系(xì)中的(de)恒(héng)星运动(dòng)。理论(lùn)上来(lái)说，距(jù)离中心越(yuè)远的恒星在(zài)其(qí)轨(guǐ)道上的运行速(sù顶到底是一种怎样的体验，顶到宫颈是顶到底什么感觉)度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却让人感到不(bù)可思议。

随(suí)着(zhe)与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿的(de)万有(yǒu)引力定律，在(zài)星系当中如果没有足(zú)够大(dà)的质量来吸引它们(men)，这些外(wài)围的恒(héng)星(xīng)早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基(jī)于(yú)这种现象(xiàng)，科学(xué)家们会使用一种相对标(biāo)准的方(fāng)法来解释暗物质的(de)存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的(de)距(jù)离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是(shì)科学(xué)家们通过(guò)射电望远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符(fú)合牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河系的(de)第三(sān)悬臂之上(shàng)，距(jù)离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不(bù)到的物(wù)质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚(jù)集(jí)在了一起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研(yán)究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗(àn)物(wù)质的(de)存在。科学家(jiā)根据(jù)星系(xì)外恒星轨道的速度(dù)，估算(suàn)在(zài)星(xīng)系当中暗物质的质量占(zhàn)整个(gè)星系质量(liàng)的(de)85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯一可(kě)以解释这(zhè)个现象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小差(chà)异。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和(hé)银(yín)河系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数(shù)量却只有银河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存(cún)在暗物质，否则就会(huì)分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先进的(de)望远镜对其进(jìn)行了(le)40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可(kě)以用正常(cháng)的物(wù)质和力(lì)学定律来解释(shì)的。那(nà)么又(yòu)有人提出，也许该星系的(de)暗物质(zhì)，已经被附近的另一(yī)个(gè)大(dà)星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成这(zhè)些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物(wù)质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力(l顶到底是一种怎样的体验，顶到宫颈是顶到底什么感觉ì)的理解还(hái)不够全面，引力(lì)很(hěn)可能在(zài)不同尺度空间中的工作(zuò)方式是(shì)不(bù)同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式(shì)运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系和星(xīng)团的(de)尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还(hái)引入(rù)了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨(jù)大的质(zhì)量之(zhī)间会(huì)产生(shēng)对(duì)彼此特殊(shū)的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物(wù)理定律进行修正，这些发(fā)现(xiàn)也让很(hěn)多(duō)人认(rèn)为暗物质假说理(lǐ)论就(jiù)此(cǐ)终结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关于暗物(wù)质存在的其他的理论(lùn)证据，这(zhè)些理论证据是蒙(méng)德(dé)理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星(xīng)系的(de)气体当中。当星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发(fā)生(shēng)碰撞的(de)时(shí)候，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温度的急(jí)剧升高，速(sù)度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大(dà)部分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间区域。那(nà)么(me)我(wǒ)们(men)通过什(shén)么来验(yàn)证它(tā)的(de)质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看(kàn)到(dào)很(hěn)多星系似乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身并不是真(zhēn)的(de)被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们(men)地(dì)球上的观(guān)测者之间。被(bèi)一个质量超级(jí)巨(jù)大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应(yīng)。这个(gè)巨大的(de)天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的(de)大质(zhì)量区域并(bìng)不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是(shì)当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被(bèi)观(guān)测到(dào)的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在(zài)两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力(lì)透镜研究也被认为(wèi)是暗物质(zhì)存在的(de)迄今为止最好的(de)理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年(nián)之后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空(kōng)间(jiān)背景上留下了(le)各(gè)相同性的微波辐射。其(qí)中(zhōng)红色的部分表示(shì)温度较高的区(qū)域，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较冷的(de)区域，但实际上它们之(zhī)间(jiān)的温差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分(fēn)离后(hòu)的二(èr)值图像(xiàng)进行(xíng)连通域提取和标记(jì)之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看(kàn)起来(lái)不(bù)应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们需(xū)要的暗物质(zhì)大(dà)约是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释(shì)星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需(xū)要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了(le)一个简单的理论(lùn)框架，就很好地解释(shì)了(le)很多不同(tóng)的观(guān)测(cè)结果。而暗物质的本(běn)质就是(shì)宇宙当中存(cún)在着某种类(lèi)型的粒子，它(tā)们不参与任何(hé)其他的电磁作(zuò)用(yòng)，只通(tōng)过引(yǐn)力来(lái)相互作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这(zhè)些不(bù)同(tóng)的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与常规物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家们(men)已经进行了(le)超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除(chú)了一个地(dì)方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下(xià)矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球(qiú)上最大的地学实(shí)验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一(yī)直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声(shēng)称(chēng)观(guān)测到(dào)了某种信号。经过了20多年的(de)数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科(kē)学家认为(wèi)这可能是人类发现(xiàn)暗(àn)物质的第一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为什么暗物(wù)质(zhì)会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着(zhe)银(yín)河系(xì)进行移动，那(nà)么如果暗物质存在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着(zhe)我们也在以这(zhè)样的(de)速度(dù)在穿越着暗物质(zhì)流(liú)，这个(gè)过(guò)程(chéng)中会产生(shēng)相应的(de)振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有半年的(de)时间，地球围绕太(tài)阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河(hé)系(xì)的方向是(shì)一(yī)致的(de)，而另外半年(nián)则与之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的时(shí)候，地球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完全一致(zhì)，这是理论上地(dì)球穿越暗物质(zhì)流最快的(de)时(shí)段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情(qíng)况中，太(tài)阳系(xì)相对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认(rèn)为这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性(xìng)信(xìn)号(hào)。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差(chà)异也(yě)可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高(gāo)山(shān)上的积(jī)雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了(le)一个几乎相同(tóng)的实验(yàn)室(shì)，这里(lǐ)的季节与之(zhī)前的实(shí)验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质(zhì)流的(de)运动特(tè)征(zhēng)和(hé)第一个(gè)实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这里可以得(dé)到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所存在的(de)非常有力的证据了。但是由于(yú)这个(gè)实验(yàn)室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还无法提(tí)供(gōng)相(xiāng)应(yīng)的数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希(xī)格(gé)雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望(wàng)远镜其中一个关键的(de)用途就是探索(suǒ)暗(àn)物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子(zi)天体物理(lǐ)中心的科(kē)学家丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗物质存在，它(tā)们(men)极有可(kě)能(néng)拥有另一种神(shén)秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说(shuō)是生命(mìng)进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么(me)遍布(bù)宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类(lèi)并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行(xíng)星上，暗物(wù)质正在(zài)通过这样的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大(dà)前提是要先(xiān)找到(dào)暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是(shì)我(wǒ)更(gèng)新的动(dòng)力(lì)！

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