宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造”的？为何会存(cún)在科(kē)学无法解释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物(wù)质(zhì)又究竟(jìng)是什么(me)？人类(lèi)为了(le)寻找暗物(wù)质存(cún)在的(de)证(zhèng)据(jù)，科学家(jiā)们在过(guò)去的几十(shí)年当中进(jìn)行了超(chāo)过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发(fā)现任(rèn)何的有效证(zhèng)据(jù)。除了一个地方，在1687年(nián)出(chū)版(bǎn)的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引(yǐn)力定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)天体(tǐ)运动的规律。往后的(de)几百年(nián)来，当天(tiān)文(wén)学家们(men)发现(xiàn)某(mǒu)些(xiē)天体运(yùn)行轨道出(chū)现异常，不符合(hé)万有引力定律(lǜ)的时候，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的天体通过引力在(zài)摄动它的(de)轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通(tōng)过天(tiān)王星(xīng)运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并且发现了海王(wáng)星的存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力(lì)定律所(suǒ)取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这(zhè)些(xiē)发现都是(shì)在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我(wǒ)们上(shàng)升(shēng)到星(xīng)系或者(zhě)是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发(fā)星系团的质量。这(zhè)是一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星(xīng)系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到(dào)两(liǎng)种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学(xué)的(de)质量(liàng)"，需要的(de)数(shù)据是测量(liàng)各(gè)个星系的光度(dù)。

第二(èr)种是(shì)动力学质量(liàng)的计(jì)算(suàn)，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的(de)各个星系相对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学(xué)质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存在(zài)，我们无(wú)法看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见星系的(de)质(zhì)量所产生的引力(lì)是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹(zī)维(wéi)基(jī)提出了(le)这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸(xī)光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的(de)质量。只是当时的人(rén)们(men)对这样的一(yī)种说法(fǎ)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。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系(xì)中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道上的(de)运(yùn)行速度就会越慢(màn)。但(dàn)是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不(bù)变(biàn)。可是(shì)根据牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科(kē)学(xué)家们(men)会(huì)使用一种相对(duì)标准的方法来解(jiě)释(shì)暗物质的存在(zài)，这种方(fāng)法就是测量(liàng)星(xīng)系(xì)当中气体在X轴上距离(lí)星(xīng)系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的(de)结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗(àn)物质的(de)力量(liàng)进(jìn)入(rù)其(qí)中。

于是(shì)科学家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜测量了(le)距离星(xīng)系中(zhōng)心更(gèng)远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学(xué)定律。我们的太阳系(xì)也不例外(wài)，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离(lí)银(yín)河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳(yáng)系(xì)的运(yùn)行速度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速(sù)度(dù)，那么(me)产生以上(shàng)这种向心加速(sù)度(dù)的原因很可能就是存在着(zhe)一种我们(men)看不(bù)到的物质，是这些(xiē)暗物质的(de)引力效应(yīng)将星系(xì)聚(jù)集在(zài)了(le)一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相信(xìn)暗物质(zhì)的存在(zài)。科学(xué)家(jiā)根(gēn)据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物(wù)质的质(zhì)量占(zhàn)整个(gè)星(xīng)系(xì)质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯(wéi)一可以解释这个现象的(de)原(yuán)因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没(méi)有(yǒu)引力效(xiào)应(yīng)的遥(yáo)远恒(héng)星之(zhī)间，也(yě)会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家(jiā)还发现(xiàn)了一(yī)个(gè)反(fǎn)常的(de)星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年(nián)，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多(duō)，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量却只有银河(hé)系的(de)千分(fēn)之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是(shì)可以(yǐ)用正常(cháng)的(de)物质和力学定律来解释的(de)。那么又有人提出，也许该(gāi)星系(xì)的暗物质，已经被附近的(de)另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这(zhè)些现象的除(chú)了暗物(wù)质的(de)假说之外，另(lìng)一种可(kě)能就是(shì)人类对(duì)引(yǐn)力的理解还(hái)不够(gòu)全面，引力很可能(néng)在不同尺度空间中(zhōng)的(de)工作(zuò)方式是不(bù)同的，这意味着在行星系尺度(dù)中的(de)天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星(xīng)团的尺度(dù)，引(yǐn)力(lì)之间的(de)相(xiāng)互作用则是不同的方式(shì)。对于在(zài)星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还(hái)引入了外(wài)部场效(xiào)应的概(gài)念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质(zhì)量之间会(huì)产生对(duì)彼此特殊的(de)效果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让(ràng)很多人认为暗(àn)物质(zhì)假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的其他(tā)的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据(jù)是蒙(méng)谨以此文是什么意思，谨以此文用在哪里德(dé)理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星(xīng)系团所组(zǔ)成，类似这样(yàng)的星团，它们大部(bù)分的普通质量都在(zài)星(xīng)系(xì)的气体当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际气体的相互(hù)作用就会谨以此文是什么意思，谨以此文用在哪里导致温度(dù)的急(jí)剧升(shēng)高(gāo)，速度(dù)大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这(zhè)些气(qì)体(tǐ)所(suǒ)在的中间区域(yù)。那么我们通(tōng)过(guò)什么(me)来验证它的质(zhì)量(liàng)区域(yù)到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第(dì)一张全彩的高(gāo)清照片(piàn)，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变(biàn)。其实这些星系(xì)本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而(ér)是这样(yàng)极遥(yáo)远的天体和(hé)我们地球上的观(guān)测(cè)者之间。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大质量的(de)东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星(xīng)系的(de)光(guāng)都(dōu)发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹星系团观(guān)测(cè)的时候，发(fā)现它的大质量(liàng)区域并不是在中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的(de)解释方法就(jiù)是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物(wù)质存在的迄(qì)今(jīn)为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证据(jù)。

除(chú)此之外，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光(guāng)。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于(yú)可以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些光在(zài)宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上留下(xià)了各相同(tóng)性的(de)微波(bō)辐射。其中红(hóng)色的(de)部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的(de)区域，但实际(jì)上它们之间(jiān)的(de)温差只有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家们通(tōng)过对前景背景(jǐng)分离后的(de)二值图(tú)像进行连通域提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该(gāi)是这样的(de)，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背(bèi)景辐射的(de)测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是一(yī)致(zhì)的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙(zhòu)当中存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子，它们(men)不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以(yǐ)如果能(néng)够找到(dào)这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子到底是什么(me)？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的(de)目标粒子所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山(shān)，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的地下(xià)矿井当中，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年(nián)的6月份(fèn)达到(dào)峰值(zhí)，然后在11月降到(dào)最低，而(ér)且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些(xiē)科学家认为(wèi)这可(kě)能是(shì)人类发(fā)现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是为什(shén)么(me)暗物质会产生周期性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太(tài)阳(yáng)系(xì)正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围绕(rào)着银河系(xì)进(jìn)行移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗(àn)物质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味着我们(men)也(yě)在以这样(yàng)的速度在(zài)穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的(de)振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半(bàn)年的时间，地(dì)球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的(de)方向(xiàng)是(shì)一致的，而另外半(bàn)年(nián)则与之相反。

而在6月份的(de)时(shí)候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完(wán)全(quán)一(yī)致，这(zhè)是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际(jì)的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不(bù)影响这个理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这可(kě)以用(yòng)来解释，研(yán)究人(rén)员们所观(guān)测到的周期性信号(hào)。当(dāng)然(rán)也可能有其他的(de)情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个(gè)几乎(hū)相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前(qián)的实(shí)验室正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球穿过暗物(wù)质流的(de)运动特征和第(dì)一个(gè)实验室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里可(kě)以(yǐ)得到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常(cháng)有(yǒu)力的(de)证据(jù)了(le)。但(dàn)是(shì)由于(yú)这个实验室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还无法提(tí)供相应的数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视场仪(yí)器提供(gōng)的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其(qí)中一个(gè)关键的(de)用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们(men)只(zhǐ)能拭(shì)目以待(dài)了。费米实验室(shì)粒子天体物理中心(xīn)的科(kē)学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如(rú)果暗(àn)物质存在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者说是生(shēng)命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的(de)证实，那么(me)遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的(de)暗(àn)物质会(huì)不会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这样的效(xiào)应创造(zào)生(shēng)命。当(dāng)然(rán)，这些推论的(de)大前(qián)提(tí)是要先(xiān)找到暗物质存在(zài)的实(shí)际证据。那么(me)小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质(zhì)到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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