宇(yǔ)宙是“人为制造”的(de)？为何会存(cún)在科学无法解(jiě)释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么(me)？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在的(de)证据(jù)，科学家们(men)在过(guò)去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实(shí)验，但是却没(méi)有发现任(rèn)何的有效证(zhèng)据。除了一(yī)个地方(fāng)，在(zài)1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往后(hòu)的几百年(nián)来，当天文(wén)学家们发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不(bù)符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的(de)天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推(tuī)算并且发(fā)现(xiàn)了海王星的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应(yīng)用(yòng)万有引力定律(lǜ)所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但(dàn)是这些(xiē)发(fā)现都(dōu)是在恒星系统的尺度(dù)当(dāng)中，可当我们(men)上(shàng)升到(dào)星系或(huò)者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得(dé)诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学家(jiā)弗里茨兹威基正在(zài)研究和测(cè)量后(hòu)发星系团的质(zhì)量(liàng)。这(zhè)是(shì)一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束缚在一起(qǐ)。测量星系(xì)团的质(zhì)量(liàng)一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方法结(jié)果一致，就可(kě)以确定(dìng)其质量的(de)范围。

第一种是(shì)获得其"光(guāng)度学的(de)质量"，需要的数据是测量各个星系的光(guāng)度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团(tuán)中的各个星系相对于星系(xì)团的运动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然(rán)是“光(guāng)度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发座星系(xì)团(tuán)有99%的(de)质量消失了，或(huò)者(zhě)说这(zhè)99%的(de)质量并(bìng)不以可(kě)见光的形(xíng)式(shì)所存(cún)在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系(xì)团(tuán)中很(hěn)多星系的速度比理论上要(yào)快(kuài)得(dé)多(duō)，按(àn)照牛顿的(de)运动学定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生的引力是(shì)无法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这(zhè)样部(bù)分(fēn)不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但(dàn)是它(tā)们(men)却占据着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量(liàng)。只是(shì)当时的人们对(duì)这样的一(yī)种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词(cí)才再一次出(chū)现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特(tè)在观(guān)测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其(qí)轨(guǐ)道上的(de)运行速度就会越慢(màn)。但(dàn)是他(tā)们观测的结(jié)果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增(zēng)加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿的(de)万有引力(lì)定律，在星系当中如果没有足够大的质量来(lái)吸引它们(men)，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学(xué)家们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异(yì)常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们通过(guò)射电望远镜(jìng)测量了距离星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速(sù)度(dù)并不符合(hé)牛(niú)顿(dùn)的力学定律。我们(men)的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定(dìng)律进行计(jì)算，太(tài)阳系(xì)的运(yùn)行速(sù)度(dù)应该是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个(gè)实(shí)际速(sù)度远远大于(yú)理论速度，那么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加速(sù)度的原因很(hěn)可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时(shí)开始，越(yuè)来越多的(de)研究(jiū)人员(yuán)开始相信暗物质的存(cún)在(zài)。科学(xué)家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不是(shì)唯一(yī)可以解释(shì)这个现象的(de)原因。在一(yī)项(xiàng)新的研(yán)究当中，科学家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千(qiān)分(fēn)之一(yī)。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星系必须(xū)存(cún)在(zài)暗物(wù)质(zhì)，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们使用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测(cè)量之后，发(fā)现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的(de)物(wù)质(zhì)和力学定律来(lái)解(jiě)释的。那么又有(yǒu)人(rén)提出，也许该星系的(de)暗物(wù)质，已经被附近的(de)另(lìng)一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附近没有任何星(xīng)系(xì)存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假说之外，另(lìng)一(yī)种可能(néng)就是人类对引力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在(zài)不同尺度(dù)空间中的工(gōng)作方(fāng)式是不同的，这意味着在(zài)行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上(shàng)升到星(xīng)系(xì)和星团的尺度(dù)，引力(lì)之间的(de)相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星(xīng)系(xì)团之间的(de)相互作用，科(kē)学家还(hái)引(yǐn)入了外部场效应(yīng)的概念(niàn)，指(zhǐ)的是(shì)在数百万光年的(de)规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这(zhè)意味着我们需要对现在(zài)的物理定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让很多人认(rèn)为暗物(wù)质假说理论(lùn)就(jiù)此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关于暗物质存在的其(qí)他的理论证(zhèng)据(jù)，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的(de)子弹(dàn)星(xīng)系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组(zǔ)成，类似这样的(de)星团，它们大部(bù)分的普通质量都在星系的气体(tǐ)当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用就(jiù)会(huì)导致温度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅(fú)降(jiàng)低。所以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系团大部(bù)分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们(men)通过什么(me)来验证它的质量区(qū)域到底(dǐ)是(shì)不是集中在中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太(tài)空望远镜传回(huí)了(le)宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照片，在(zài)照片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星(xīng)系(xì)似乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其(qí)实这些星系本(běn)身并(bìng)不是(shì)真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们地球(qiú)上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大(dà)质量的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透(tòu)镜(jìng)效应(yīng)。这个(gè)巨大的天体可能是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以(yǐ)当(dāng)人们(men)对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在(zài)中间，而(ér)是在两侧(cè)。所以最好的解释方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的(de)质量气体被卡在(zài)了中间，暗物(wù)质(zhì)则直接通过(guò)了这个区域，并在两(liǎng)边形成了(le)引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质存(cún)在(zài)的迄今为(wèi)止最好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后(hòu)，可见(jiàn)光终于可以畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这(zhè)些(xiē)光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各(gè)相(xiāng)同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部(bù)分表(biǎo)示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们(men)之(zhī)间(jiān)的温差只(zhǐ)有万(wàn)分(fēn)之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后(hòu)的二值图像进行(xíng)连通域提(tí)取和标(biāo)记之(zhī)后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应(yīng)该是这(zhè)样的，而随着(zhe)暗物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰(fēng)值的(de)幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐射的(de)测量值，我们需(xū)要(yào)的(de)暗物质大(dà)约(yuē)是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释(shì)星系当中恒星运(yùn)动(dòng)所(suǒ)需要(yào)的(de)暗物(wù)质比例是一致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的(de)理论框架，就很好地解释(shì)了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质(zhì)就(jiù)是宇宙当(dāng)中(zhōng)存(cún)在(zài)着(zhe)某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不参(cān)与任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如(rú)果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什(shén)么？科学(xué)家们已(yǐ)经提(tí)出了数十(shí)种的(de)假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒(lì)子所需要的实验方(fāng)式(shì)也不相同。在过去的几十(shí)年(nián)当中(zhōng)，人(rén)类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎(hū)不会(huì)与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们已经(jīng)进行了(le)超过(guò)50次的实验，却(què)没(méi)有任何实(shí)质(zhì)性的发现，除(chú)了一个(gè)地方，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最(zuì)大(dà)的地学(xué)实验室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到了(le)某种(zhǒng)信号(hào)。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一些科(kē)学家认为这(zhè)可(kě)能是人类发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性(xìng)的(de)年度信号呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系(xì)进行(xíng)移动(dòng)，那么(me)如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳(yáng)的方向假如给我三天光明主要内容概括50字，假如给我三天光明主要内容概括30字与太阳环绕银(yín)河系的方向是一(yī)致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而(ér)在(zài)6月份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正(zhèng)好达(dá)到(dào)完全一致，这是理论上地(dì)球穿越(yuè)暗物(wù)质(zhì)流(liú)最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际的(de)情(qíng)况中，太阳系相对(duì)银河系(xì)的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释(shì)，研究人(rén)员们所观(guān)测到的(de)周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也(yě)可能有(yǒu)其他的情况，造成(chéng)这(zhè)种(zhǒng)年度(dù)周期(qī)信号的(de)差(chà)异(yì)也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们(men)又在假如给我三天光明主要内容概括50字，假如给我三天光明主要内容概括30字南半球建立(lì)了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前(qián)的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗(àn)物质流的运动(dòng)特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到(dào)相同的(de)信号，就可以成(chéng)为暗物质所(suǒ)存在的非常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由于这(zhè)个实(shí)验室刚刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以截至(zhì)目(mù)前还无法提供相应的数据支持(chí)。另(lìng)外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提(tí)供(gōng)的视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪器的(de)100倍(bèi)。南(nán)希(xī)格雷(léi)斯罗(luó)曼(màn)太空(kōng)望(wàng)远镜其中一(yī)个关键的用途(tú)就(jiù)是(shì)探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的(de)结(jié)果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室(shì)粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它(tā)们极(jí)有可能拥有另一种神(shén)秘的效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应，会支持(chí)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。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实(shí)，那(nà)么遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗物质会(huì)不会意(yì)味着人(rén)类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行(xíng)星(xīng)上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些(xiē)推论的大前(qián)提(tí)是(shì)要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉(jué)得(dé)暗(àn)物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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