宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何(hé)会(huì)存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻(xún)找暗物质存在(zài)的证据(jù)，科学家们(men)在过去的几(jǐ)十年(nián)当中进(jìn)行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却(què)没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天文(wén)学家们发现某些天体(tǐ)运(yùn)行(xíng)轨道出现异常，不符合(hé)万(wàn)有引力定律(lǜ)的时(shí)候(hòu)，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的(de)天(tiān)体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星运(yùn)行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海王星的存在(zài)。另(lìng)外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律所(suǒ)取得重大(dà)天文(wén)成就的(de)例子。但是这些发(fā)现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可(kě)当(dāng)我们(men)上升(shēng)到星系或者是星(xīng)团(tuán)的(de)尺度，事情(qíng)就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在研究和(hé)测(cè)量(liàng)后发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系(xì)被引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系(xì)团(tuán)的质量一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可(kě)以确定其(qí)质量(liàng)的(de)范(fàn)围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星(xīng)系团中(zhōng)的各个星系相对于星系(xì)团的运(yùn)动速度。当测量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟然是(shì)“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的(de)是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产生的(de)引力是无法将它们束缚(fù)在星系团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之外了(le)，除非(fēi)有一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘的力量在起(qǐ)作(zuò)用，这种力量来源于(yú)某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提出(chū)了这(zhè)样(yàng)部分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却(què)占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这(zhè)样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在(zài)观测仙(xiān)女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道上的运行速(sù)度就(jiù)会越慢。但是他(tā)们(men)观(guān)测的结(jié)果却(què)让人(rén)感到(dào)不可思议。

随(suí)着与中心距(jù)离的增加，恒(héng)星的(de)旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果(guǒ)没有足够(gòu)大的(de)质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学(xué)家们会(huì)使用(yòng)一种相对标准的方法来(lái)解(jiě)释暗物(wù)质的存(cún)在(zài)，这(zhè)种方法就(jiù)是测量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星系中心(xīn)的(de)距离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转速度。如(rú)果出(chū)现异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗物质(zhì)的力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜(jìng)测量了距离星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我们的太阳系也(yě)不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力(lì)定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际(jì)速度(dù)远远大于(yú)理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心(xīn)加速(sù)度(dù)的(de)原因(yīn)很可能就是存在着一(yī)种我(wǒ)们看不到(dào)的物质，是这些(xiē)暗物(wù)质的(de)引(yǐn)力效应将星系聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究人(rén)员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质(zhì)量的(de)85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不是唯一可(kě)以(yǐ)解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学家们(men)发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出(chū)现速度上(shàng)的(de)微小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河系不多，但(dàn)是星系(xì)当中存在的恒(héng)星数量却只有银河(hé)系(xì)的千(qiān)分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则(zé)就会分崩(bēng)离析(xī)。但是科(kē)学家们使(shǐ)用最先进(jìn)的(de)望远(yuǎn)镜对其进行了(le)40个小时(shí)的详(xiáng)细(xì)测量之(zhī)后，发现星(xīng)系中的恒星运动是(shì)可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解释(shì)的(de)。那么又有人提(tí)出，也许该星(xīng)系的(de)暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另一个(gè)大(dà)星(xīng)系剥(bō)离(lí)了(le)。奇怪的(de)是(shì)，它的附近没有任(rèn)何(hé)星系存在(zài)。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力(lì)的(de)理解还不(bù)够全(quán)面，引(yǐn)力(lì)很可能在(zài)不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不(bù)同的，这意(yì)味着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着(zhe)它(tā)们的(de)轨道(dào)，按照我们所理解的方式运(yùn)动(dòng)。但是上升(shēng)到星系和星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相互作(zuò)用(yòng)则是不同的方式(shì)。对(duì)于在星系团(tuán)之间的相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还(hái)引入了外部场效应的(de)概念，指的是在数百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对(duì)彼此(cǐ)特殊(shū)的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理(数学中e等于多少，高中数学中e等于多少lǐ)论(lùn)成立，这意味着我(wǒ)们(men)需要对现在(zài)的物理定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这些发现也(yě)让很多人认(rèn)为暗(àn)物质(zhì)假说(shuō)理论(lùn)就(jiù)此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关(guān)于暗物(wù)质存在的(de)其他的理论(lùn)证据(jù)，这些理论证据是蒙(méng)德理论(lùn)所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团(tuán)所组成(chéng)，类似这样(yàng)的星团，它(tā)们大部分的(de)普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时(shí)候(hòu)，星际(jì)气体的(de)相(xiāng)互作用就会(huì)导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)大部分的质量将位于所(suǒ)有这些(xiē)气体(tǐ)所在(zài)的中(zhōng)间(jiān)区(qū)域。那么我们通过什(shén)么来(lái)验(yàn)证它的(de)质量(liàng)区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一(yī)张全(quán)彩的高清(qīng)照片，在照片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并不是真的(de)被扭曲(qū)了(le)，也不是(shì)韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的观测者之间(jiān)。被一(yī)个质量(liàng)超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质(zhì)量的东西(xī)的(de)引(yǐn)力(lì)，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所以当人(rén)们对(duì)子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在(zài)中间(jiān)，而(ér)是在(zài)两侧。所以最好的解释方(fāng)法(fǎ)就是当星团发生全部(bù)的(de)碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测到的质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通(tōng)过了(le)这个区域，并(bìng)在两(liǎng)边(biān)形成了(le)引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究(jiū)也被认为是(shì)暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来(lái)自宇宙(zhòu)当中最古老的光(guāng)。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对(duì)较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们(men)通过对前景背景分离(lí)后的(de)二值图像(xiàng)进行(xíng)连(lián)通域提取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图形看起来(lái)不应该是(shì)这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗(àn)物质大约(yuē)是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多不(bù)同的观(guān)测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙(zhòu)当中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的(de)电磁作(zuò)用，只通过引力(lì)来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒(lì)子(zi)的存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的(de)实际证据(jù)。这种粒(lì)子到底是什么？科(kē)学(xué)家们已经(jīng)提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方式也不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗(àn)物(wù)质”，科学家们(men)已(yǐ)经(jīng)进行了超过(guò)50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物(wù)质粒(lì)子的(de)周期性震荡(dàng)。

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(duō)年的数据收集，人们发(fā)现(xiàn)了一个有趣的事情(qíng)。探测率会(huì)在每年(nián)的6月份达(dá)到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到(dào)最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认(rèn)为这可能(néng)是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是(shì)为什么暗(àn)物质会产生周期性的(de)年(nián)度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗(àn)物(wù)质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物质(zhì)流(liú)，这(zhè)个过(guò)程中会(huì)产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太(tài)阳的(de)方向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球(qiú)穿(chuān)越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的(de)平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论(lùn)的(de)有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期(qī)信号的差异也可(kě)能是(shì)温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚至连意大利(lì)游客的(de)数量也符(fú)合这个(gè)周(zhōu)期的(de)规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立了(le)一个几乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里的季(jì)节与之(zhī)前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地(dì)球(qiú)穿(chuān)过暗物(wù)质流的运动特征和第一(yī)个实验室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同(tóng)的(de)信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个(gè)实(shí)验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目(mù)前还(hái)无法(fǎ)提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的(de)主镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜(jìng)相同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器(qì)提(tí)供的视(shì)野(yě)是(shì)哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼太(tài)空(kōng)望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗(àn)物(wù)质背后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测(cè)的结(jié)果，我们只能拭目(mù)以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存(cún)在，它们极(jí)有(yǒu)可(kě)能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物(wù)质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生(shēng)命(mìng)的(de)诞生，或(huò)者说是(shì)生命进化的(de)一个重要(yào)因素。

如果(guǒ)这一理论得到(dào)进一步的证实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创(chuàng)造生命。数学中e等于多少，高中数学中e等于多少当然，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存(cún)在的(de)实(shí)际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗(àn)物(wù)质到(dào)底存(cún)不(bù)存(cún)在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是我更新的动力！

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