宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为何(hé)会存在科学(xué)无法解释的(de)“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是(shì)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)去的几十年当中进行(xíng)了超过50次(cì)的长(zhǎng)期(qī)实验，但是却没(méi)有发现任何的有效证据(jù)。除了一个(gè)地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发(fā)表了(le)万有引(yǐn)力定律，它(tā)揭示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学(xué)家们发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他(tā)们就会(huì)知道，周围(wéi)一定有未知的(de)天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推(tuī)算并(bìng)且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是应用万有(yǒu)引力(lì)定律所取得重大(dà)天文(wén)成就的例子。但(dàn)是这些发(fā)现(xiàn)都是(shì)在恒星系统的尺度(dù)当(dāng)中(zhōng)，可当我们上升(shēng)到(dào)星系(xì)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(lǐ)学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测(cè)量后发星系(xì)团的质量(liàng)。这是(shì)一个由数千个星系所组成的(de)巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团(tuán)的质(zhì)量一般会(huì)使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学500万越南盾是多少人民币，1人民币=的质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星(xīng)系的光度(dù)。

第二(èr)种是动力学质量的(de)计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的(de)各个(gè)星(xīng)系相对于星(xīng)系团的运动(dòng)速度(dù)。当(dāng)测(cè)量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动(dòng)力学质(zhì)量(liàng)”竟然是(shì)“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基(jī)发现星(xīng)系团中很(hěn)多(duō)星(xīng)系的速度比(bǐ)理论(lùn)上要快(kuài)得(dé)多，按(àn)照(zhào)牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见星系的(de)质量所产(chǎn)生的引(yǐn)力是无法将它(tā)们(men)束(shù)缚在星系团内的，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不(bù)可(kě)见的暗质(zhì)，它不(bù)发(fā)散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们(men)却(què)占(zhàn)据(jù)着(zhe)宇(yǔ)宙(zhòu)中绝(jué)大(dà)部分的(de)质量。只是当时的(de)人们对(duì)这(zhè)样的(de)一种说法不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观(guān)测仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒(héng)星运动。理论(lùn)上来说(shuō)，距离中心越远的恒星(xīng)在其(qí)轨道上的(de)运行速度就会(huì)越慢。但是(shì)他们观测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力(lì)定(dìng)律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使(shǐ)用(yòng)一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方法来解(jiě)释(shì)暗(àn)物质的存在，这种方法就是测(cè)量(liàng)星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中(zhōng)心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现异(yì)常的结果(guǒ)，就认(rèn)为是由(yóu)暗物(wù)质的力(lì)量进入其中。

于是(shì)科学家们通过(guò)射电(diàn)望(wàng)远镜测(cè)量了(le)距离星系中心更远距(jù)离的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律(lǜ)进行计算，太阳(yáng)系的运行速度应(yīng)该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太(tài)阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)银河系旋转，这个实(shí)际速度(dù)远(yuǎn)远大(dà)于(yú)理论(lùn)速度，那么产生以上这(zhè)种向心加速度的原因很可能就是存在(zài)着一种(zhǒng)我们(men)看不到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的(de)研究人员开始相信(xìn)暗物质的(de)存在。科学(xué)家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占整(zhěng)个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解释这个现象(xiàng)的原因。在(zài)一(yī)项新的(de)研究(jiū)当中，科学家们发(fā)现，几乎没(méi)有引力效应的(de)遥远恒星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度上的微小差(chà)异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就(jiù)会(huì)分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的(de)详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现星系(xì)中的(de)恒星(xīng)运动是可以用正常的物质和力(lì)学定律来解释的。那么(me)又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附(fù)近的另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有(yǒu)任何星系存在。造成(chéng)这些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就(jiù)是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中(zhōng)的工作方式是不同(tóng)的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们所理解的方式(shì)运动。但(dàn)是上(shàng)升到(dào)星系和星团(tuán)的(de)尺度(dù)，引力之间的相互作用则(zé)是不同的方式(shì)。对于在(zài)星系(xì)团之间的相互作用，科学家还(hái)引入(rù)了外部场(chǎng)效应的(de)概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的(de)效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们需要(yào)对现在的物(wù)理定律进行修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论所(suǒ)没(méi)法解释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样的(de)星(xīng)团，它们大部分(fēn)的(de)普通质量都在星(xīng)系的气体当(dāng)中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生(shēng)碰(pèng)撞的时(shí)候(hòu)，星(xīng)际气(qì)体的相(xiāng)互作用(yòng)就会导(dǎo)致温度的(de)急剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分(fēn)的质(zhì)量将位于所有这些气体所在(zài)的(de)中间区域。那么我们通过什么来验证它的(de)质(zhì)量(liàng)区域(yù)到(dào)底(dǐ)是不是集中在中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全彩的(de)高清照片，在(zài)照片中我(wǒ)们可以明显地(dì)看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系(xì)本身并不是真的(de)被扭曲(qū)了，也(yě)不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测(cè)者之间(jiān)。被一个质量超(chāo)级(jí)巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使身后更遥远星系的(de)光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就是(shì)引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大(dà)质量的黑(hēi)洞或(huò)者是暗物质。

所以当(dāng)人(rén)们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在(zài)中(zhōng)间(jiān)，而(ér)是在(zài)两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测(cè)到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接(jiē)通(tōng)过了(le)这个(gè)区域，并在两(liǎng)边形成了(le)引力透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团的引(yǐn)力透镜研(yán)究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄(qì)今(jīn)为止最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间(jiān)背景上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则(zé)表示相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际(jì)上它们之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值(zhí)图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而随(suí)着(zhe)暗物质的增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物(wù)质(zhì)大约是普通物质的(de)5倍。这个(gè)数字与解释(shì)星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质比例是一(yī)致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的(de)理论框架(jià)，就很(hěn)好地解释了很多不同(tóng)的观测(cè)结果。而(ér)暗物质的本质就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过(guò)引(yǐn)力(lì)来(lái)相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这种(zhǒng)粒(lì)子的存在(zài)，就相当于(yú)找到(dào)了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提(tí)出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在(zài)过(guò)去的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用(yòng)的(de)“暗物质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经进(jìn)行了(le)超过(guò)50次的(de)实(shí)验，却(què)没有任何实质性的(de)发(fā)现，除了一个地方，意(yì)大利(lì)的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的(de)地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着(zhe)地球(qiú)上(shàng)最大的地(dì)学实验(yàn)室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高(gāo)的(de)探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声(shēng)称观(guān)测到了(le)某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据(jù)收集(jí)，人们(men)发现(xiàn)了一个有趣的事(shì)情(qíng)。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样(yàng)。一些科学家认(rèn)为这可(kě)能是人类发(fā)现暗物质的第一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为(wèi)什么(me)暗(àn)物(wù)质会产(chǎn)生周期(qī)性的(de)年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味(wèi)着我们也(yě)在以这样的速(sù)度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流(liú)，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的(de)方(fāng)向与太阳环(huán)绕银河系的(de)方向是一(yī)致的(de)，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全(quán)一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物(wù)质流(liú)最快的时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值。尽管在(zài)实(shí)际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来(lái)解(jiě)释，研究人员们(men)所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年(nián)度周期信号的差异(yì)也可(kě)能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利(lì)游客的(de)数量也符(fú)合这个周(zhōu)期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的(de)实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一个(gè)实(shí)验(yàn)室是(shì)一样的。

因此，如(rú)果在(zài)这里可以得到相同的(de)信号(hào)，就可以成为暗(àn)物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了(le)。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以截至目前还无(wú)法(fǎ)提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发(fā)射一台新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太(tài)空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪(yí)器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍(bèi)。南希(xī)格(gé)雷斯罗(luó)曼太空望(wàng)远镜其中一个(gè)关键的用途就是探(tàn)索暗(àn)物质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待(dài)了(le)。费(fèi)米(mǐ)实验室(shì)粒子(zi)天体(tǐ)物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们(men)极(jí)有可能拥(yōng)有另一种神秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效(xiào)应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是(shì)生命进(jìn)化的一个重要因(yīn)素。

如果这一(yī)理论(lùn)得到进一步的(de)证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会(huì)不(bù)会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通(tōng)过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要(yào)先找到暗(àn)物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得暗(àn)物质到底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的动力(lì)！

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