宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗(àn)物(wù)质存在的证据，科学家(jiā)们在过去(qù)的几十年当中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是(shì)却没(méi)有发现(xiàn)任何(hé)的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了(le)万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学(xué)家们发(fā)现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合(hé)万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)的时候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周围一(yī)定有未知的天体通过引(yǐn)力(lì)在(zài)摄动它的(de)轨道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的(de)异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是(shì)这些发(fā)现都是(shì)在恒星系统的(de)尺度当(dāng)中，可(kě)当(dāng)我们上(shàng)升到(dào)星(xīng)系或(huò)者是星团的(de)尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗(fú)里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研究和测(cè)量后发(fā)星系团的(de)质(zhì)量。这是一个(gè)由数(shù)千个星(xīng)系所(suǒ)组成的(de)巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其(qí)质量的范(fàn)围。

第(dì)一(yī)种是(shì)获得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系(xì)的光度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是利(lì)用光谱红(hóng)移测量星(xīng)系团中的各(gè)个(gè)星系相对于星系团的(de)运动速度(dù)。当测(cè)量(liàng)结果出(chū)来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度(dù)学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形(xíng)式所存在，我们(men)无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力(lì)是无法将它们(men)外公总是在妈妈身上睡觉好吗，外公在妈妈身上做什么束缚在星系团内(nèi)的，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛出(chū)星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力(lì)量在起(qǐ)作(zuò)用，这种力(lì)量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们(men)却占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对(duì)这样(yàng)的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福(fú)特在观测(cè)仙女座星(xīng)系中的(de)恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒星在(zài)其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观(guān)测的结果却(què)让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心(xīn)距离的(de)增加，恒(héng)星的(de)旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在(zài)星系(xì)当中如果(guǒ)没有足(zú)够大的质(zhì)量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家(jiā)们(men)会使用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的方法来解(jiě)释(shì)暗物质(zhì)的(de)存在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系(xì)中心的(de)距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速(sù)度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗(àn)物质的(de)力(lì)量进入其中。

于(yú)是(shì)科学家们(men)通过射电望远镜测量了距(jù)离星(xīng)系中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不(bù)符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也(yě)不例外(wài)，太阳系位于银(yín)河系(xì)的第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距(jù)离银河(hé)系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律进行计算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速(sù)度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生(shēng)以(yǐ)上(shàng)这种向心加速度的(de)原因(yīn)很可(kě)能就(jiù)是存在着一(yī)种我们(men)看不到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引力效应(yīng)将星(xīng)系聚集在了一起。

也(yě)是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究人员开(kāi)始(shǐ)相信(xìn)暗物质的(de)存在(zài)。科(kē)学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的(de)原因。在(zài)一(yī)项新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上(shàng)的微小差(chà)异。另外(wài)，天文学家还发(fā)现了一个反常(cháng)的星(xī外公总是在妈妈身上睡觉好吗，外公在妈妈身上做什么ng)系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量却(què)只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在暗物(wù)质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们(men)使用(yòng)最先进的(de)望远镜(jìng)对(duì)其进(jìn)行(xíng)了40个小时的详细测量之后(hòu)，发(fā)现星(xīng)系中的恒星运动是(shì)可以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释的。那(nà)么又有人(rén)提出(chū)，也许该星系的暗物(wù)质，已经被(bèi)附近的另一个大星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星系存(cún)在。造成这(zhè)些现象的除(chú)了暗物质(zhì)的假说之外(wài)，另一种可能就是人类对引力(lì)的理解还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的(de)工(gōng)作方式是不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿着它们(men)的(de)轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不(bù)同的(de)方式。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入(rù)了外部(bù)场效(xiào)应(yīng)的概念，指的是(shì)在(zài)数百万光年的规(guī)模上，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这意味着我们(men)需要对现在的(de)物理定(dìng)律进行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也让很多(duō)人认(rèn)为暗(àn)物质假说理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的(de)星(xīng)系(xì)团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系(xì)的(de)气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候(hòu)，星际(jì)气体(tǐ)的相互作用(yòng)就会(huì)导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量将位于(yú)所有这些气体所(suǒ)在(zài)的中间区域。那么(me)我们通(tōng)过什么来验证(zhèng)它的质(zhì)量区域到底是不(bù)是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的(de)高(gāo)清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨(jù)大(dà)的形变。其(qí)实这些星(xīng)系本(běn)身并(bìng)不(bù)是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问(wèn)题(tí)，而(ér)是这(zhè)样极(jí)遥远的(de)天体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这(zhè)个现象(xiàng)就(jiù)是(shì)引力透镜效应。这个(gè)巨大(dà)的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物(wù)质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大(dà)质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解(jiě)释(shì)方法(fǎ)就是当星团发(fā)生全部(bù)的碰撞时，可被观(guān)测到的质量(liàng)气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接(jiē)通过(guò)了这个区(qū)域(yù)，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于(yú)可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿(chuān)越(yuè)在宇(yǔ)宙当(dāng)中了(le)。经过(guò)了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较(jiào)高(gāo)的区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区(qū)域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离(lí)后的二值图像进行连(lián)通(tōng)域提取(qǔ)和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没(méi)有暗(àn)物(wù)质，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约(yuē)是普通(tōng)物质(zhì)的(de)5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运(yùn)动所(suǒ)需要(yào)的(de)暗(àn)物质比例是一致(zhì)的(de)。这就意味(wèi)着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就很好地解释了(le)很多(duō)不同的观测(cè)结果(guǒ)。而(ér)暗物质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其(qí)他的电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相(xiāng)互作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是(shì)什么？科(kē)学(xué)家们已经提出了数十种的(de)假想目标，而(ér)要寻找这些不(bù)同的目标粒(lì)子所需要(yào)的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十(shí)年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎不(bù)会与常(cháng)规物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发(fā)现(xiàn)，除(chú)了一个地方，意大利(lì)的(de)格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的地(dì)学实验(yàn)室，这(zhè)个实验室(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)找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学(xué)家声称观测(cè)到了(le)某种信号。经过了20多年的数(shù)据收(shōu)集，人们发(fā)现了一个(gè)有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每(měi)年都是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人(rén)类发现(xiàn)暗物质的第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周(zhōu)期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿越着暗物(wù)质流(liú)，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时地(dì)球(qiú)又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳(yáng)的方向与太(tài)阳(yáng)环绕(rào)银河系的方向是一(yī)致(zhì)的，而(ér)另外半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份(fèn)的(de)时候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的方向正好达到完全一致(zhì)，这是理(lǐ)论上(shàng)地(dì)球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢(màn)值(zhí)。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河(hé)系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为这可以用来解(jiě)释(shì)，研究人员们所观测到的周期性信(xìn)号(hào)。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这种(zhǒng)年度周期(qī)信号(hào)的差(chà)异也可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客(kè)的数量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半(bàn)球建立了一个(gè)几乎相(xiāng)同的实验室，这(zhè)里的季节与之(zhī)前的(de)实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征和第一(yī)个实验室(shì)是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截(jié)至(zhì)目前还无法提(tí)供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一(yī)个关键的用途(tú)就是探索暗物(wù)质背(bèi)后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待(dài)了(le)。费米实验室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是生命(mìng)进(jìn)化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论(lùn)得(dé)到进一步的(de)证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物质会(huì)不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上(shàng)，暗(àn)物(wù)质正(zhèng)在通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些推论的(de)大前(qián)提(tí)是要(yào)先找到暗物质存在的(de)实际(jì)证(zhèng)据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物(wù)质到(dào)底存不存在(zài)呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力！

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