宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造”的？为何(hé)会存(cún)在(zài)科学无(wú)法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人(rén)类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过去(qù)的(de)几十年(nián)当(dāng)中进(jìn)行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但是却(què)没有发现任何的有效证据(jù)。除了一(yī)个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后(hòu)的几百年来(lái)，当(dāng)天文学家(jiā)们发现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn当兵的人会不会那方面不行，当兵男是不是都精力旺盛)力定律的(de)时候，他们(men)就会知道，周围(wéi)一定(dìng)有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过(guò)天王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异(yì)常，推算并(bìng)且(qiě)发(fā)现(xiàn)了海王星的存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的发现都是应(yīng)用万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文(wén)成就的例(lì)子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或(huò)者(zhě)是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系(xì)所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般(bān)会使(shǐ)用到两种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致，就(jiù)可以确(què)定其(qí)质量的范围。

第一种是(shì)获得(dé)其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量(liàng)各(gè)个星系的光(guāng)度。

第二种是动力(lì)学质量的(de)计算，是利用光谱红移测量星系团中的各(gè)个星系相对(duì)于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发(fā)座星系团有99%的(de)质量(liàng)消(xiāo)失了，或者(zhě)说这99%的质量(liàng)并不(bù)以可见(jiàn)光的形(xíng)式所存(cún)在，我们无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的(de)是(shì)，在测(cè)量速度(dù)的(de)过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系的质(zhì)量所产生(shēng)的引力是无法将它们束(shù)缚(fù)在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之(zhī)外了，除非有一种(zhǒng)神秘的(de)力量在(zài)起作(zuò)用，这(zhè)种力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当(dāng)时(shí)的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在观(guān)测仙(xiān)女座星系中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒(héng)星在(zài)其轨道上的(de)运行速(sù)度(dù)就会(huì)越(yuè)慢。但是(shì)他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系(xì)当(dāng)中如(rú)果(guǒ)没有(yǒu)足够大的(de)质量来吸引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用(yòng)一种相对标(biāo)准的(de)方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气(qì)体在(zài)X轴上(shàng)距离星系中心(xīn)的(de)距离(lí)，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就(jiù)认为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家(jiā)们通过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离(lí)星系中心(xīn)更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太(tài)阳系也不例(lì)外，太阳系位于银(yín)河系(xì)的(de)第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系(xì)旋转，这个实(shí)际速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速(sù)度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速(sù)度的原因很(hěn)可能就是(shì)存(cún)在(zài)着一种我们看不到的物(wù)质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引(yǐn)力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也(yě)是从(cóng)这(zhè)时开始，越来(lái)越多(duō)的研究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗(àn)物质(zhì)的(de)存在(zài)。科学家根(gēn)据星系(xì)外恒星轨道的速度(dù)，估(gū)算在星系当中暗物质的质量占整个(gè)星系(xì)质量的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不是唯一可以解释这(zhè)个现(xiàn)象的(de)原因。在一项(xiàng)新的(de)研究当中(zhōng)，科学家们(men)发(fā)现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上(shàng)的微小差异。另外，天文(wén)学(xué)家还发现了一个反常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河(hé)系(xì)不(bù)多(duō)，但是星系当中(zhōng)存(cún)在的恒(héng)星数(shù)量(liàng)却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们(men)使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量(liàng)之后(hòu)，发(fā)现星系中的恒星(xīng)运动(dòng)是可以用正(zhèng)常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那么(me)又有人提出，也(yě)许该(gāi)星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的(de)附(fù)近没(méi)有任何星系存在。造成这(zhè)些(xiē)现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引(yǐn)力的(de)理解(jiě)还不够全面，引力很可能(néng)在(zài)不同(tóng)尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作方式是不同(tóng)的，这(zhè)意味着在行星系(xì)尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式(shì)运动(dòng)。但是上升(shēng)到星系和(hé)星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式(shì)。对于在星(xīng)系(xì)团之(zhī)间的(de)相互作用，科(kē)学家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的(de)是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着(zhe)我们需(xū)要(yào)对现在的物(wù)理(lǐ)定律进(jìn)行修(xiū)正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他(tā)的理论(lùn)证据，这些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这(zhè)样的星团，它们大部分(fēn)的普(pǔ)通质量都在星系的(de)气体当中。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际(jì)气体的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部(bù)分的质量将位(wèi)于所有这些气体所在的(de)中间(jiān)区域。那么我们(men)通过(guò)什(shén)么来验证它(tā)的质量区(qū)域(yù)到底是不(bù)是(shì)集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们(men)可以明显(xiǎn)地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本身并不(bù)是真的被扭曲了(le)，也不(bù)是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的(de)引力，会(huì)使(shǐ)身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质(zhì)量的(de)黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们(men)对子(zi)弹星系团观(guān)测的时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在中间，而(ér)是在两侧(cè)。所以(yǐ)最好的解(jiě)释(shì)方法(fǎ)就(jiù)是当星团发(fā)生全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间，暗物(wù)质(zhì)则直(zhí)接通过(guò)了这个区域，并在(zài)两(liǎng)边(biān)形(xíng)成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究也(yě)被(bèi)认(rèn)为是暗物质(zhì)存在(zài)的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的(de)理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下了各相同性(xìng)的微波辐射(shè)。其(qí)中红(hóng)色的(de)部分表示温度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通过对(duì)前景背景分(fēn)离后的二(èr)值图像进行连通域提取和标记之后发(fā)现，如(rú)果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该(gāi)是这(zhè)样的，而随着暗物(wù)质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变(biàn)得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射(shè)的测量值(zhí)，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字(zì)与解释星系当中恒(héng)星运动所需要(yào)的暗物(wù)质(zhì)比例(lì)是一致的(de)。这(zhè)就(jiù)意(yì)味着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当(dāng)中存(cún)在(zài)着某种类型的粒(lì)子，它们不参(cān)与任何其(qí)他(tā)的电(diàn)磁作用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子(zi)的(de)存(cún)在(zài)，就相当于(yú)找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不同的目标(biāo)粒(lì)子所需要的实(shí)验方式(shì)也不相同。在(zài)过去(qù)的(de)几十年(nián)当中，人类(lèi)为了寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的实验，却没有任(rèn)何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了(le)一(yī)个地(dì)方，意(yì)大利(lì)的格兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层(céng)楼高的探(tàn)测器(qì)，一直致力于(yú)寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称(chēng)观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探测(cè)率会在每年(nián)的(de)6月份达(dá)到(dào)峰(fēng)值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每(měi)年都是一样。一些科学(xué)家(jiā)认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的(de)第一(yī)个直接证(zhèng)据(jù)。

但(dàn)是(shì)为(wèi)什么暗(àn)物质(zhì)会(huì)产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕着银(yín)河(hé)系进行移动，那么如果暗(àn)物(wù)质存在(zài)宇宙当中，这意味着我(wǒ)们(men)也(yě)在以(yǐ)这(zhè)样的(de)速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过(guò)程中会产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的(de)方向与太阳环绕(rào)银(yín)河系(xì)的方向是一致(zhì)的(de)，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上(shàng)地(dì)球穿越暗物(wù)质流最快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管在实际(jì)的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对(duì)银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜(xié)，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认(rèn)为这(zhè)可以用来解释，研(yán)究(jiū)人员们所观测(cè)到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的(de)差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游客的(de)数量(liàng)也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信号(hào)，就(jiù)可以成为暗物质所存(cún)在(zài)的非(fēi)常有力的(de)证据了。但是由于这(zhè)个(gè)实验(yàn)室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法(fǎ)提(tí)供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的望远镜，这台(tái)太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它(tā)的(de)宽视场(chǎng)仪器提(tí)供(gōng)的视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关(guān)键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗(àn)物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子(zi)天体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它(tā)们(men)极有可(kě)能拥有另一种神秘(mì)的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味(wèi)着人类(lèi)并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这样的效应创(chuàng)造生命(mìng)。当(dāng)然，这些(xiē)推论的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存(cún)不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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