宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟是什(shén)么？人类为了(le)寻找暗(àn)物(wù)质存(cún)在的证据，科学家们在(zài)过去的几十年(nián)当(dāng)中进行了(le)超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现任(rèn)何(hé)的有效证据(jù)。除了一(yī)个地方(fāng)，在(zài)1687年(nián)出(chū)版的自(zì)然哲(zhé)学数学原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发表了万有(yǒu)引力(lì)定律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体(tǐ)运动(dòng)的(de)规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学(xué)家们发现某些天体运行(xíng)轨道出(chū)现异(yì)常，不符合万有引力定律的(de)时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天(tiān)体通过(guò)引力在摄动(dòng)它的轨道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并且(qiě)发(fā)现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引力(lì)定律所(suǒ)取得重大天文成就的例子(zi)。但(dàn)是(shì)这些发现都是在(zài)恒(héng)星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我们(men)上(shàng)升到(dào)星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发星系团的质量。这(zhè)是一个由数千(qiān)个星系所组(zǔ)成的巨(jù)大星(xīng)系团，这些(xiē)星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的(de)质量一般(bān)会(huì)使用到两(liǎng)种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光(guāng)度(dù)学(xué)的(de)质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系的光度。

第(dì)二(èr)种是动(dòng)力学质(zhì)量(liàng)的计算，是(shì)利(lì)用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星(xīng)系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的(de)运动速度。当测量(liàng)结(jié)果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的(de)质量并不(bù)以可见光的(de)形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡异的(de)是，在(zài)测量速度的(de)过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系(xì)的速度(dù)比理论上要(yào)快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所(suǒ)产(chǎn)生的引力是(shì)无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的(de)力(lì)量在起作用，这种力量(liàng)来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分不可(kě)见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分(fēn)的(de)质量。只是当时的(de)人们对这(zhè)样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天(tiān)文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离(lí)中心越(yuè)远的恒(héng)星在其轨道上的(de)运(yùn)行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的(de)结果却让人(rén)感到不可思议(yì)。

随着(zhe)与中心距(jù)离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的(de)万(wàn)有(yǒu)引力定律，在星系当(dāng)中如果没有(yǒu)足够大的质量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一怎样跟情人要钱才不尴尬，怎么问情人要钱的技巧种相(xiāng)对标准的(de)方法(fǎ)来(lái)解释暗(àn)物质的存在，这种方(fāng)法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异(yì)常(cháng)的(de)结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物(wù)质的力量(liàng)进入(rù)其(qí)中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛(niú)顿的(de)力(lì)学定律。我们的太阳系也不(bù)例(lì)外，太阳系位于银(yín)河系的第三(sān)悬臂之上，距离(lí)银(yín)河系(xì)中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行(xíng)速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒的(de)速度围绕(rào)银(yín)河系旋(xuán)转，这(zhè)个(gè)实际速度远远(yuǎn)大于理论速度(dù)，那(nà)么(me)产生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心(xīn)加速(sù)度的原因很可能就是存在着一种我们(men)看(kàn)不到(dào)的物(wù)质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星(xīng)系(xì)聚集在了(le)一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多(duō)的(de)研究人员开(kāi)始相信暗物(wù)质的存在。科(kē)学家根(gēn)据星(xīng)系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量占整个(gè)星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解(jiě)释这个(gè)现象的原因。在一(yī)项新的研究当中，科(kē)学(xué)家们(men)发(fā)现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的(de)微小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中存在的(de)恒星数量(liàng)却只有银河系的(de)千(qiān)分(fēn)之一。

所以在(zài)理论上，该星(xīng)系必须存在暗物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩离析。但(dàn)是科学(xué)家们使用最(zuì)先进的(de)望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系(xì)中的(de)恒(héng)星(xīng)运动是可以用正常(cháng)的物质和(hé)力学定(dìng)律来解释的。那(nà)么又有人提出(chū)，也许该(gāi)星系(xì)的暗物质，已经被附(fù)近的另(lìng)一个大星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外(wài)，另一种可能就(jiù)是人(rén)类对引力的理解(jiě)还不够(gòu)全(quán)面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的(de)工(gōng)作方式(shì)是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿(yán)着它(tā)们的(de)轨道，按(àn)照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星团的(de)尺度，引力之间的相互作(zuò)用则(zé)是不同(tóng)的方式。对(duì)于(yú)在星(xīng)系团之(zhī)间(jiān)的相互作用，科(kē)学家还引入了外(wài)部场效应(yīng)的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的(de)效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成(chéng)立，这意味(wèi)着我们需(xū)要对现在的(de)物理定律(lǜ)进行修(xiū)正，这些(xiē)发现(xiàn)也让很(hěn)多人认为暗物质假说(shuō)理论就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还(hái)有关于(yú)暗物质存在(zài)的其(qí)他的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们(men)大部分的(de)普通(tōng)质(zhì)量都在星系的气体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际气(qì)体的相互作(zuò)用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分(fēn)的(de)质量将位(wèi)于所(suǒ)有这些气体所在的中间区域。那(nà)么我们通过什么来验证它的(de)质量(liàng)区域到底是不(bù)是集中在中间(jiān)呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地(dì)看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些星系(xì)本身并不是真的(de)被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问(wèn)题(tí)，而是(shì)这样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大(dà)的天(tiān)体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的(de)光都发生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引力透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测的时(shí)候，发(fā)现它(tā)的(de)大(dà)质(zhì)量区(qū)域并不是在中间(jiān)，而(ér)是在(zài)两侧(cè)。所以最(zuì)好的解释方法就是当星团(tuán)发生全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测到的质量气体被(bèi)卡在了(le)中间，暗物(wù)质则直(zhí)接(jiē)通(tōng)过了(le)这个区域，并(bìng)在(zài)两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系(xì)团的(de)引力透镜(jìng)研究也(yě)被认为(wèi)是暗物(wù)质存在(zài)的迄今(jīn)为(wèi)止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示(shì)温度较高的区域(yù)，蓝色则表示(shì)相对较(jiào)冷的区(qū)域(yù)，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对(duì)前景(jǐng)背景分离(lí)后的二(èr)值图像进(jìn)行连通域提取和标记之(zhī)后发现，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的(de)增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来(lái)“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗(àn)物质大约是(shì)普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒(héng)星运动所需要(yào)的暗物(wù)质比例是一致(zhì)的(de)。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了(le)一个简单(dān)的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是(shì)宇(yǔ)宙当中存(cún)在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果能够(gòu)找到这(zhè)种粒子的存在，就相当(dāng)于找到(dào)了暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是什么？科(kē)学家们已经(jīng)提出了数十(shí)种的假想目标，而(ér)要寻(xún)找这些不同的目标(biāo)粒子(zi)所需要的实验方式(shì)也不相(xiāng)同。在过去的几十(shí)年当中，人(rén)类(lèi)为了寻找这些看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何(hé)实质性的(de)发(fā)现，除了一(yī)个地方(fāng)，意(yì)大利的格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实验室，这(zhè)个(gè)实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的(de)周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的科(kē)学家(jiā)声称观测(cè)到了某(mǒu)种信号。经过了20多(duō)年(nián)的数据收集，人们发现了一个有趣的事(shì)情(qíng)。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到(dào)最低(dī)，而且在20年当中每(měi)年(nián)都是一样。一些科学家认为这(zhè)可能(néng)是人(rén)类发现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物质(zhì)会(huì)产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋转。所以有(yǒu)半年的(de)时间，地球围绕太(tài)阳的方向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河系的(de)方向(xiàng)是一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全(quán)一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物(wù)质流最快(kuài)的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系(xì)相对银(yín)河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期(qī)性信号。当(dāng)然(rán)也可能(néng)有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期(qī)信号的差异也(yě)可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也符(fú)合(hé)这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南(nán)半球建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相(xiāng)同的信号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存(cún)在(zài)的(de)非常有(yǒu)力(lì)的证据(jù)了。但是由(yóu)于(yú)这个(gè)实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法提(tí)供相应的数据支(zhī)持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提(tí)供的视(shì)野是哈(hā)勃红(hóng)外(wài)仪器(qì)的100倍。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一个关键的(de)用(yòng)途就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目(mù)以待了。费米实(shí)验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们(men)极有可(kě)能拥有另(lìng)一种神秘(mì)的效(xiào)应，这种暗物质效应，会(huì)支持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化(huà)的一个(gè)重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一(yī)步的(de)证(zhèng)实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意(yì)味(wèi)着(zhe)人(rén)类并不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落(luò)的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉(jué)得(dé)暗物质到(dào)底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的(de)动力！

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