宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何(hé)会(huì)存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存(cún)在的(de)证据(jù)，科学家(jiā)们在(zài)过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实验，但是(shì)却没(méi)有发现任(rèn)何的有效(xiào)证据。除了(le)一(yī)个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自(zì)然(rán)哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的(de)规律。往后(hòu)的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他(tā)们就(jiù)会知道，周围(wéi)一定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过(guò)天(tiān)王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现(xiàn)了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力(lì)定律所取得重大天文成就的例(lì)子。但是这些(xiē)发现都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系(xì)或者是星团的尺度(dù)，事(shì)情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测量(liàng)后(hòu)发星系团的(de)质量。这(zhè)是一个(gè)由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星(xīng)系(xì)团的质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就(jiù)可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学质量(liàng)的计算(suàn)，是利用光谱红移测(cè)量星(xīng)系团中的(de)各(gè)个星系(xì)相对(duì)于(yú)星(xīng)系团的(de)运动速度(dù)。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质量消失了(le)，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量(liàng)并不(bù)以可见光(guāng)的(de)形(xíng)式所存在(zài)，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多(duō)星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量(liàng)所产生的引力是无(wú)法将它们束缚在星系(xì)团(tuán)内的(de)，它们早就应该(gāi)被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人们(men)对这(zhè)样的一种说法(fǎ)不(bù)屑(xiè)一顾(gù)。

直到(dào)40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观(guān)测(cè)的结果却让人感到(dào)不可思(sī)议。

随着(zhe)与中(zhōng)心(xīn)距离(lí)的增加，恒星的旋转速(sù)度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大的(de)质(zhì)量(liàng)来(lái)吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家们(men)会使用一种相对标准的(de)方(fāng)法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距(jù)离星(xīng)系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常(cháng)的结(jié)果，就(jiù)认为是(shì)由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于(yú)是科学(xué)家们通过射电望远镜测量了距离(lí)星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的(de)力(lì)学(xué)定律。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律(lǜ)进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太(tài)阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度(dù)远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那么(me)产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看(kàn)不到的物(wù)质，是(shì)这些暗物(wù)质(zhì)的引力(lì)效应将(jiāng)星系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的研究(jiū)人员(yuán)开(kāi)始相信暗物(wù)质的(de)存在(zài)。科(kē)学家根(gēn)据(jù)星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在(zài)星系当(dāng)中暗物质(zhì)的(de)质(zhì)量占整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不是(shì)唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项新的研(yán)究(jiū)当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度上的(de)微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是(shì)星系当中(zhōng)存在的恒星(xīng)数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论(lùn)上，该星系必(bì)须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是(shì)科(kē)学家(jiā)们使用最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是(shì)可以(yǐ)用(yòng)正常的物质和(hé)力学定(dìng)律来解(jiě)释(shì)的。那么又(yòu)有人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是，它的(de)附近没(méi)有任何星系存(cún)在。造成这些现象的(de)除了(le)暗物质(zhì)的假说之外(wài)，另一种可(kě)能就是(shì)人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在(zài)不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解(jiě)的方式(shì)运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则是(shì)不同的方式(shì)。对于在星系(xì)团之间(jiān)的(de)相互作用，科学家(jiā)还(hái)引(yǐn)入了(le)外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物(wù)质(zhì)假说理论(lùn)就此终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的(de)其他的理论证据(jù)，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的(de)普通质(zhì)量都在星系的气(qì)传颂和传诵是什么意思区别，传颂和传诵的意思体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用就会导致温度的急(jí)剧升(shēng)高，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部(bù)分(fēn)的质量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间(jiān)区域。那(nà)么我们通过什么来验证它的质(zhì)量区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们(men)可以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨(jù)大(dà)的(de)形变。其实这(zhè)些星系本身并(bìng)不是真的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不(bù)是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远的(de)天体和(hé)我们地球上的观测者之间(jiān)。被(bèi)一个质量(liàng)超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的(de)引(yǐn)力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现(xiàn)象就(jiù)是(shì)引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量(liàng)的(de)黑洞或(huò)者是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)观测的(de)时候，发现它的大质量区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最(zuì)好的解(jiě)释(shì)方(fāng)法就是当星团发生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直(zhí)接通过(guò)了这个区域(yù)，并在(zài)两边形(xíng)成了引力(lì)透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透(tòu)镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的(de)理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无(wú)阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其中红色(sè)的部分表示温(wēn)度(dù)较(jiào)高的区域，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。

科学(xué)家们通过对前景背景分离(lí)后的二值(zhí)图像(xiàng)进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看(kàn)起来(lái)不(bù)应该是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会(huì)减小，才(cái)变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐射(shè)的测量值，我们(men)需要的暗(àn)物质大约是(shì)普通物(wù)质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当(dāng)中恒星运动所需(xū)要的(de)暗(àn)物(wù)质(zhì)比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释(shì)了很多(duō)不(bù)同的观(guān)测结果。而暗物质的(de)本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参(cān)与任何(hé)其(qí)他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的存(cún)在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科(kē)学(xué)家们(men)已经提出(chū)了(le)数十种的(de)假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需要的(de)实验方式也不相同。在过(guò)去(qù)的几十年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学家们(men)已经进行(xíng)了超过(guò)50次的实验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了(le)一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实(shí)验(yàn)室，这(zhè)个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三(sān)层(céng)楼高的探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒(lì)子的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的(de)科学家声(shēng)称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的(de)数据(jù)收集，人(rén)们发现了一个有趣的事(shì)情。探测(cè)率会在每年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低(dī)，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一些科学家认为这可能(néng)是人类发现暗物质的第(dì)一(yī)个直(zhí)接证据。

但是为(wèi)什(shén)么暗(àn)物质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移动，那(nà)么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们(men)也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过(guò)程中(zhōng)会(huì)产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河(hé)系的方向是一致的，而(ér)另外(wài)半年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到完(wán)全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质(zhì)流最快(kuài)的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释，研究(jiū)人员们(men)所观测到的周期性信号。当然也(yě)可能(néng)有其(qí)他(tā)的情况，造成这种年(nián)度(dù)周期信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连(lián)意大利游(yóu)客(kè)的数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科(kē)学家(jiā)们又在南半球建立了(le)一(yī)个几(jǐ)乎相同的实验(yàn)室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得(dé)到相同的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为(wèi)暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据(jù)了(le)。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目(mù)前还无法提供相(xiāng)应的数(shù)据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台(tái)新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪(yí)器(qì)提(tí)供的视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探(tàn)索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们(men)只能拭目以待(dài)了。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体物理(lǐ)中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研(yán)究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的(de)一(yī)个重要因(yīn)素(sù)。

如果这一理论得到进一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意(yì)味着人类并(bìng)不(bù)孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过(guò)这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际(jì)证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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