宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造”的？为何会存(cún)在(zài)科学无法解释的(de)“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又究竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学家们(men)在过去(qù)的(de)几(jǐ)十年当中进行(xíng)了(le)超过50次的(de)长期(qī)实验(yàn)，但是却(què)没有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效(xiào)证据(jù)。除(chú)了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学数(shù)学原理一书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发(fā)现(xiàn)某些天体(tǐ)运行(xíng)轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力(lì)定律的时候，他(tā)们(men)就会知道，周围(wéi)一定(dìng)有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通过天(tiān)王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异(yì)常(cháng)，推(tuī)算并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星(xīng)的存在。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥(míng)王(wáng)星(xīng)的发现都(dōu)是应用万有引力定律(lǜ)所取得重大天文(wén)成就的例子(zi)。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们(men)上升(shēng)到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学(xué)家弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究和测(cè)量(liàng)后发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星(xīng)系(xì)被引力(lì)束缚(fù)在一起。测(cè)量(liàng)星系团的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是(shì)获(huò)得其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需(xū)要的数据是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的(de)计(jì)算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的各(gè)个(gè)星系相对(duì)于星系(xì)团(tuán)的运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不(bù)以可见光的形式(shì)所存在，我(wǒ)们无(wú)法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度(d稚优泉这个牌子怎么样，稚优泉这个牌子怎么样啊ù)的(de)过程中，兹(zī)威(wēi)基发现星系(xì)团中很多星(xīng)系的速度比理论(lùn)上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质(zhì)量(liàng)所产(chǎn)生的引力(lì)是无法将(jiāng)它(tā)们束缚在星系团内的(de)，它(tā)们早就应该被(bèi)抛出(chū)星系团之(zhī)外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量(liàng)在起作(zuò)用(yòng)，这种力量(liàng)来(lái)源于(yú)某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但是它(tā)们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只是当时(shí)的(de)人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在观(guān)测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的恒星(xīng)运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离(稚优泉这个牌子怎么样，稚优泉这个牌子怎么样啊lí)中心(xīn)越远的恒(héng)星在其(qí)轨道上的运行(xíng)速度就会(huì)越(yuè)慢(màn)。但(dàn)是他们观测的结果却(què)让人感(gǎn)到不(bù)可思议。

随着与中心(xīn)距离的(de)增加(jiā)，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当中如(rú)果没有足够(gòu)大的质量来(lái)吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会(huì)使用一(yī)种相对标准的方法来(lái)解释暗物质的(de)存(cún)在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离(lí)星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是(shì)由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是(shì)科(kē)学家(jiā)们通过射电望(wàng)远镜测量(liàng)了距离(lí)星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们(men)的(de)旋转速度(dù)并不(bù)符合牛顿的力学(xué)定律。我们(men)的太阳系也(yě)不例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河(hé)系(xì)的第三悬臂(bì)之上(shàng)，距离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万有(yǒu)引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么(me)产生以上这种向心加(jiā)速(sù)度的原因很可(kě)能就是(shì)存在着(zhe)一(yī)种(zhǒng)我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人(rén)员开始相信暗(àn)物(wù)质的(de)存在。科学家根(gēn)据星系外恒(héng)星(xīng)轨道(dào)的速度，估(gū)算在(zài)星系(xì)当中(zhōng)暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解(jiě)释这个现象的原(yuán)因。在一(yī)项新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的(de)微小差异。另外(wài)，天文(wén)学(xué)家还发现了一(yī)个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大小和(hé)银河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量(liàng)却只(zhǐ)有银河系的(de)千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在理论上，该(gāi)星系必(bì)须存(cún)在暗物质，否则(zé)就会分崩离析(xī)。但是科学家们使(shǐ)用最先进的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了(le)40个小(xiǎo)时(shí)的详细测量之后，发(fā)现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力(lì)学定律来(lái)解释的。那么又有(yǒu)人提出(chū)，也许该星系的暗物质(zhì)，已经(jīng)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(cún)在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假说之(zhī)外(wài)，另(lìng)一(yī)种(zhǒng)可能就是人类对引力的(de)理解(jiě)还不够(gòu)全面，引力很可(kě)能在不(bù)同(tóng)尺度空(kōng)间中的工作方式(shì)是不同的，这意(yì)味着在行星系(xì)尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解(jiě)的方(fāng)式(shì)运动。但是上升到星系和(hé)星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的(de)相互作用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之(zhī)间(jiān)的相(xiāng)互作用，科(kē)学家还引入了外部场效(xiào)应的(de)概念，指的是在数(shù)百万光年(nián)的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此特殊的(de)效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对(duì)现在的物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很(hěn)多人(rén)认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当中还(hái)有关于(yú)暗物质(zhì)存在的其他(tā)的理论(lùn)证据，这些理论(lùn)证据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系团所(suǒ)组成，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它们(men)大部(bù)分(fēn)的普通质量都在星系的(de)气体(tǐ)当中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作(zuò)用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部(bù)分的(de)质量将位于所有(yǒu)这些(xiē)气体所在的(de)中(zhōng)间区域(yù)。那么(me)我们通过什么(me)来(lái)验证(zhèng)它的(de)质量区(qū)域到底是不是集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空(kōng)望远镜传(chuán)回了(le)宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在照片中我们(men)可以明(míng)显地(dì)看到(dào)很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实(shí)这(zhè)些星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题(tí)，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的(de)天(tiān)体遮挡，这个超(chāo)大质量的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应(yīng)。这个巨大(dà)的天体可(kě)能是(shì)超大质(zhì)量(liàng)的(de)黑洞或(huò)者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们对子弹星(xīng)系团观测(cè)的时候，发现它的大(dà)质(zhì)量区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释方法就是(shì)当星团发生(shēng)全(quán)部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物质则直接通过了(le)这(zhè)个区域，并在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(wèi)是暗(àn)物质存在的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还(hái)有来自(zì)宇(yǔ)宙当中最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万(wàn)年(nián)之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经过(guò)了130多亿年(nián)之后，这些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上(shàng)留下了(le)各相同性的微波辐(fú)射。其(qí)中红(hóng)色的部分(fēn)表(biǎo)示温度(dù)较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表(biǎo)示(shì)相对较冷(lěng)的区(qū)域，但(dàn)实际上它们之(zhī)间的(de)温(wēn)差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景(jǐng)背(bèi)景分离后的二值图(tú)像进行连通域提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来(lái)不(bù)应(yīng)该是(shì)这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变(biàn)得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐射(shè)的测(cè)量(liàng)值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物质的(de)5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释星系(xì)当中恒(héng)星(xīng)运(yùn)动所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就(jiù)意味着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的(de)理论框架(jià)，就很好地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的(de)本质就(jiù)是宇宙当(dāng)中存在(zài)着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电(diàn)磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力(lì)来相互作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能(néng)够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻(xún)找这些不(bù)同的目标粒子所需要的(de)实(shí)验方式也不相同。在过去的几十(shí)年(nián)当中，人(rén)类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次(cì)的实(shí)验，却没有(yǒu)任(rèn)何(hé)实质(zhì)性的发现，除了一(yī)个(gè)地方，意(yì)大利的(de)格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的(de)地学实验(yàn)室，这个实(shí)验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼高的探(tàn)测(cè)器，一(yī)直致力于寻找暗物(wù)质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科学家声(shēng)称观(guān)测到(dào)了(le)某种信号。经过(guò)了20多年的数据收(shōu)集，人们(men)发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在(zài)每年(nián)的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到(dào)最低，而且(qiě)在20年当(dāng)中每年都是(shì)一样。一些科(kē)学(xué)家(jiā)认为(wèi)这可(kě)能是人类发现暗物(wù)质的(de)第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河(hé)系(xì)进行移动，那(nà)么如(rú)果暗物(wù)质存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味着我们也在(zài)以这样(yàng)的(de)速度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方向与太阳环(huán)绕(rào)银河系的方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另(lìng)外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球(qiú)与太阳的方向正好达(dá)到完全一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗(àn)物(wù)质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系相对银河(hé)系的平面呈(chéng)现了(le)60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不影响这个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解(jiě)释，研究(jiū)人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度(dù)周(zhōu)期信号的差(chà)异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山(shān)上的(de)积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游客的(de)数量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同(tóng)的实验室，这里(lǐ)的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的运(yùn)动特征和(hé)第一个实验室是一样的(de)。

因此，如(rú)果(guǒ)在(zài)这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物质所存在(zài)的(de)非常有力的证(zhèng)据了(le)。但是由于这(zhè)个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还(hái)无法提供相(xiāng)应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键的用途就是(shì)探(tàn)索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们(men)只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒(lì)子(zi)天体物理中心的(de)科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有另一(yī)种神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应(yīng)，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说(shuō)是生命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一(yī)步的证实，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某个(gè)角落(luò)的行星上，暗物质正在(zài)通(tōng)过(guò)这样(yàng)的效(xiào)应创造生命。当然，这些(xiē)推论的(de)大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的(de)实际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持(chí)是(shì)我更新的动力！

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