宇(yǔ)宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为何会(huì)存(cún)在科(kē)学(xué)无法解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在(zài)的证(zhèng)据，科学家们(men)在(zài)过去的几十年(nián)当中进(jìn)行(xíng)了超过50次(cì)的长期实(shí)验(yàn)，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万(wàn)有引力(lì)定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来(lái)，当(dāng)天(tiān)文(wén)学(xué)家们发现某(mǒu)些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律(lǜ)的时候(hòu)，他们就(jiù)会(huì)知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道(dào)的异(yì)常，推算并且发现了海王星的(de)存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是(shì)应(yīng)用(yòng)万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律所取得重大天(tiān)文(wén)成就的(de)例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中，可(kě)当(dāng)我们上(shàng)升到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发星(xīng)系团的质量。这是(shì)一个(gè)由数千(qiān)个(gè)星系所组成(chéng)的巨(jù)大(dà)星(xīng)系团，这些星系被引(yǐn)力(lì)束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系团的(de)质量一般会使用到(dào)两种方法，当(dāng)两种方法(fǎ)结(jié)果(guǒ)一致，就可以确(què)定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种是获得其(qí)"光(guāng)度学的(de)质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系(xì)的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是(shì)动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各个星系相(xiāng)对(duì)于星系团(tuán)的运(yùn)动速度。当(dāng)测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质(zhì)量并不(bù)以(yǐ)可见光的形(xíng)式(shì)所(suǒ)存在(zài)，我(wǒ)们无(wú)法看到(dào)。最诡异的是(shì)，在(zài)测量速度的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现(xiàn)星(xīng)系团(tuán)中很多星(xīng)系的速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系(xì)的质(zhì)量所产生的引力是无法将它们束缚在(zài)星(xīng)系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了(le)，除非有(yǒu)一种神秘的(de)力量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据(jù)此，兹维基(jī)提(tí)出了(le)这样部分不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是(shì)它(tā)们(men)却占据着宇宙中绝(jué)大(dà)部分的质(zhì)量。只是当(dāng)时的人们(men)对(duì)这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们(men)观(guān)测的(de)结果却让人感(gǎn)到不可(kě)思议(yì)。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在(zài)星系当中如果没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们(men)会使用一(yī)种相对标准的方法来解释暗物(wù)质的存在(zài)，这种方(fāng)法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常的(de)结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗(àn)物质(zhì)的(de)力量进入其中。

于(yú)是科(kē)学家们通过射(shè)电望远镜测量了距(jù)离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现(xiàn)它们(men)的旋转速度(dù)并(bìng)不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离银(yín)河系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律进行计算，太阳系的运行速(sù)度(dù)应(yīng)该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的(de)速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原因很可能就(jiù)是存在着一(yī)种(zhǒng)我们看(kàn)不到的(de)物(wù)质，是这些(xiē)暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时(shí)开始，越来(lái)越多的研究人(rén)员开(kāi)始相信暗物(wù)质(zhì)的存在。科学家(jiā)根据(jù)星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星(xīng)系当中暗(àn)物质(zhì)的(de)质量(liàng)占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可(kě)以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有(yǒu)引(yǐn)力效(xiào)应的(de)遥远恒星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度上的(de)微小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个(gè)反(fǎn)常的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星(xīng)数量却只有银河系(xì)的(de)千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动是可(kě)以(yǐ)用正常的(de)物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又(yòu)有人提(tí)出，也许该星系的暗(àn)物质，已经(jīng)被附近的另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成这(zhè)些现象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可能就是人类(lèi)对引力的理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间(jiān)中的工作方(fāng)式是不(bù)同(tóng)的，这意味着(zhe)在行(xíng)星系尺度中(zhōng)的(de)天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照(zhào)我们(men)所(suǒ)理解的方(fāng)式(shì)运动。但是上升(shēng)到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互(hù)作用，科学家还引入了外部(bù)场效应的概(gài)念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上，巨大的(de)质量(liàng)之间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这(1兆等于多少mb流量，1G等于多少MBzhè)意(yì)味着我们需要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也(yě)让很多(duō)人认为暗物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其他(tā)的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这(zhè)样的(de)星团，它们大部分的普(pǔ)通质(zhì)量都在(zài)星系(xì)的气(qì)体当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用(yòng)就会导致(zhì)温度的(de)急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团大(dà)部分(1兆等于多少mb流量，1G等于多少MBfēn)的质(zhì)量将位(wèi)于(yú)所有这些(xiē)气体(tǐ)所在的中间区(qū)域。那么我们通(tōng)过什(shén)么来验证(zhèng)它的质量区域(yù)到底是(shì)不是集中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望远镜传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第(dì)一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可(kě)以(yǐ)明显地看到很多星系似(shì)乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形(xíng)变。其实这些星系本身(shēn)并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观(guān)测者之间(jiān)。被(bèi)一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这1兆等于多少mb流量，1G等于多少MB个现象就是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的天(tiān)体(tǐ)可(kě)能是超(chāo)大(dà)质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星系团观(guān)测(cè)的时(shí)候，发现它(tā)的(de)大质量区(qū)域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最好的解释方法(fǎ)就(jiù)是当(dāng)星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区(qū)域(yù)，并(bìng)在两边形成了(le)引力透镜(jìng)。对子弹星系团的(de)引力透镜研(yán)究也被(bèi)认为是暗物质存(cún)在的迄今(jīn)为(wèi)止最好(hǎo)的理论证据(jù)。

除此之外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中最(zuì)古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光终于(yú)可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了(le)各相同(tóng)性的微波(bō)辐射(shè)。其中红(hóng)色的部分表示温(wēn)度(dù)较高的(de)区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷的区域(yù)，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学家们(men)通(tōng)过对前(qián)景(jǐng)背(bèi)景分离后的二(èr)值(zhí)图像(xiàng)进行(xíng)连通域提取和标记(jì)之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗(àn)物质(zhì)的(de)增加，一些峰值的(de)幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物(wù)质(zhì)大约是普(pǔ)通物质(zhì)的(de)5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星运(yùn)动所需要的暗物(wù)质(zhì)比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就很好地解释(shì)了(le)很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的(de)本(běn)质就是宇宙当中(zhōng)存在(zài)着某种类型(xíng)的粒(lì)子，它们不参与任何(hé)其他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力(lì)来相互作用。所以如(rú)果能够找到这种粒(lì)子的(de)存在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。这(zhè)种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提(tí)出了数十(shí)种的假想目标(biāo)，而要寻找这(zhè)些不同的目标(biāo)粒子所需要(yào)的实验方式也不(bù)相同。在过去的几十(shí)年(nián)当(dāng)中，人(rén)类(lèi)为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎(hū)不会与(yǔ)常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已经(jīng)进行了超过50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何(hé)实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处(chù)的地下(xià)矿井当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大(dà)的地学(xué)实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率(lǜ)会在每年(nián)的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每(měi)年都是(shì)一(yī)样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发(fā)现暗物质的(de)第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存(cún)在宇宙当中，这意(yì)味(wèi)着我们(men)也在(zài)以这样的速度(dù)在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而(ér)另外半(bàn)年则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太(tài)阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物(wù)质流最快的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达到了(le)最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系相对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不(bù)影响这(zhè)个(gè)理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释(shì)，研究人员们所观测到的(de)周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也可能(néng)有其(qí)他的情况，造(zào)成这(zhè)种年度周(zhōu)期信(xìn)号的差(chà)异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大利游客的(de)数量也符合(hé)这个周(zhōu)期的(de)规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室，这里(lǐ)的季节(jié)与之前的(de)实验室正(zhèng)好(hǎo)相(xiāng)反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流(liú)的(de)运动特征和第一个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是(shì)由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前(qián)还无法提供(gōng)相(xiāng)应的(de)数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一(yī)台新的(de)望远镜，这台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼(màn)太空(kōng)望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后(hòu)的(de)奥(ào)秘，对于探测的(de)结(jié)果，我们只能拭目(mù)以(yǐ)待了。费(fèi)米实验室(shì)粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研(yán)究(jiū)发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘(mì)的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的诞生，或(huò)者说是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质(zhì)会(huì)不会意(yì)味着(zhe)人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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