宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什(shén)么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的(de)证据，科学(xué)家们在过去的几十年(nián)当中进(jìn)行(xíng)了(le)超(chāo)过50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没(méi)有发(fā)现(xiàn)任何(hé)的(de)有效证据。除了一个(gè)地方(fāng)，在1687年出版的(de)自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体(tǐ)运动的规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些(xiē)天(tiān)体运行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时(shí)候，他(tā)们就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就通过(guò)天王星(xīng)运(yùn)行轨道的异常，推算并(bìng)且(qiě)发现了(le)海王星的存(cún)在。另(lìng)外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律所取得重大天文成就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就(jiù)开(kāi)始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研(yán)究和测(cè)量后发星系(xì)团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这些星(xīng)系(xì)被引力束缚(fù)在一起。测量星系(xì)团的质量一般会使用到(dào)两种方法，当两种方法结(jié)果一致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中(zhōng)的各个星系相对于星系团(tuán)的运动(dòng)速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是(shì)，在测量(liàng)速度的过程中，兹(zī)威(wēi)基发现(xiàn)星系团中很(hěn)多星(xīng)系的速(sù)度比理论上要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星系的质量(liàng)所产生的引力是无法将(jiāng)它们(men)束缚(fù)在星系团(tuán)内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系(xì)团之外了，除(chú)非(fēi)有一种神秘的力量在起作(zuò)用，这(zhè)种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是(shì)它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的(de)质量。只是当时的人们对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中的(de)恒星运动。理论上来(lái)说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是他(tā)们观(guān)测的结果却(què)让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的(de)增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根据牛顿的万(wàn)有引力(lì)定律，在星系当中如(rú)果没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现(xiàn)象，科学家们(men)会使用一种相(xiāng)对标(biāo)准的方法来解(jiě)释暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出(chū)现异常的(de)结果，就认为是由暗(àn)物质(zhì)的力(lì)量进入其中。

于是科学家们(men)通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了(le)距(jù)离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们(men)的太(tài)阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力定律进(jìn)行(xíng)计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度(dù)远远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的原(yuán)因很可能就是存(cún)在着一(yī张学良多高，少帅张学良多高)种我们看不到(dào)的物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来(lái)越多(duō)的研(yán)究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物质的(de)存在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的速度(dù)，估(gū)算在星系当中暗物质的质(zhì张学良多高，少帅张学良多高)量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是(shì)唯一可(kě)以解释这(zhè)个现象(xiàng)的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学(xué)家们发(fā)现，几乎没有引力效(xiào)应的(de)遥远恒星(xīng)之间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是(shì)星系(xì)当(dāng)中存在(zài)的恒星数量却只有银(yín)河系的(de)千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但(dàn)是科(kē)学家们使用最(zuì)先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时(shí)的详细测量之后(hòu)，发(fā)现星系中的恒(héng)星运动是(shì)可以用正(zhèng)常的物(wù)质(zhì)和(hé)力学定律来解(jiě)释的(de)。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近(jìn)的另(lìng)一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星(xīng)系(xì)存在。造成这些现象的除了(le)暗(àn)物质的假说之外，另一种可能就是人类对(duì)引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的(de)天体会(huì)沿(yán)着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作(zuò)用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科(kē)学家还引入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的是在数(shù)百(bǎi)万光年的规(guī)模(mó)上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会产生对(duì)彼此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意味(wèi)着我们(men)需要对现在(zài)的物(wù)理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结(jié)。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质存在的(de)其他的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年的(de)子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的星系团(tuán)所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量(liàng)都(dōu)在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发(fā)生碰撞的(de)时候，星际(jì)气体(tǐ)的相互作用就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧升高，速度(dù)大(dà)幅降(jiàng)低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大(dà)部分的(de)质量将(jiāng)位于所有这些气体(tǐ)所在的中张学良多高，少帅张学良多高间区域。那么我们通过什么(me)来验(yàn)证它的质量区域到底是不(bù)是集(jí)中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太(tài)空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片(piàn)中我们可以(yǐ)明显地看到(dào)很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其(qí)实这些星系本(běn)身并(bìng)不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题，而(ér)是(shì)这样极遥(yáo)远的天(tiān)体(tǐ)和我(wǒ)们(men)地球上的观(guān)测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质量的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发(fā)生(shēng)了扭曲(qū)。这个(gè)现象就(jiù)是(shì)引力透(tòu)镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大的天体可(kě)能(néng)是超大质量(liàng)的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹星系(xì)团观测的(de)时候，发现(xiàn)它(tā)的(de)大(dà)质量(liàng)区域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是当星团发生全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区(qū)域，并在两边(biān)形成了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系(xì)团的(de)引力透镜(jìng)研究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年(nián)之(zhī)后(hòu)，这(zhè)些(xiē)光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景(jǐng)上留下了各(gè)相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但实际上它们(men)之(zhī)间的温差(chà)只有万(wàn)分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后的二值图像进(jìn)行连(lián)通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来不应该是这样的(de)，而随着暗(àn)物质的(de)增加(jiā)，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波(bō)背景(jǐng)辐射的(de)测量值，我们需要(yào)的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星(xīng)系当(dāng)中恒星运动所需要的(de)暗(àn)物质比例是一致(zhì)的。这就意味着(zhe)。

用了(le)一个简单的理论框架(jià)，就(jiù)很(hěn)好(hǎo)地(dì)解释了很多不同(tóng)的观(guān)测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到(dào)了暗(àn)物质(zhì)存在的实(shí)际证据(jù)。这(zhè)种粒子到底是什么？科(kē)学家们(men)已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人(rén)类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利(lì)的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地(dì)学实验室，这个(gè)实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了(le)某(mǒu)种信号(hào)。经过了(le)20多年的数据收(shōu)集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的(de)6月(yuè)份达到(dào)峰值，然(rán)后在11月降到(dào)最低，而且(qiě)在20年当(dāng)中每(měi)年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的(de)第(dì)一个直接证据。

但是(shì)为什么暗物质(zhì)会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕着银(yín)河系进行移动(dòng)，那么如果暗物(wù)质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意味着(zhe)我们也在以这样(yàng)的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向(xiàng)是一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在(zài)6月份的(de)时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影响这(zhè)个理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学(xué)家认为这(zhè)可(kě)以用来解释，研(yán)究人员们所观测(cè)到的(de)周期(qī)性信号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也(yě)可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数(shù)量也符(fú)合这个周期(qī)的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又(yòu)在南半球建立了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验(yàn)室，这(zhè)里的季节与之前的(de)实验(yàn)室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第一个(gè)实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得(dé)到(dào)相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有力(lì)的证据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目(mù)前还无(wú)法提供相应的(de)数据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜(jìng)，这(zhè)台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器(qì)提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中(zhōng)一个关(guān)键(jiàn)的(de)用途(tú)就是(shì)探(tàn)索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探(tàn)测的结(jié)果，我们只能(néng)拭目以待了。费(fèi)米(mǐ)实(shí)验室(shì)粒子(zi)天(tiān)体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到(dào)进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物质会(huì)不会意味(wèi)着人(rén)类(lèi)并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行(xíng)星(xīng)上，暗物质正在通过(guò)这样的(de)效应创造(zào)生命。当(dāng)然，这些推(tuī)论的(de)大(dà)前提是要先找(zhǎo)到(dào)暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持(chí)是我更新(xīn)的动力！

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