宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟(jìng)是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过(guò)去的几十年当中进行了超过(guò)50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没(méi)有发(fā)现任何(hé)的有(yǒu)效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引力定律，它揭(jiē)示了(le)宇宙中天体运动(dòng)的规(guī)律。往后的(de)几百年(nián)来，当(dāng)天文学家(jiā)们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律(lǜ)的时候，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过(guò)引力在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的(de)例子。但(dàn)是这些(xiē)发现都是(shì)在(zài)恒星系(xì)统的(de)尺度当中，可(kě)当我们上升到星系或者是(shì)星(xīng)团(tuán)的尺度，事情就开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星(xīng)系团的质量。这是一个由数(shù)千(qiān)个(gè)星(xīng)系所组成的巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星(xīng)系被引力(lì)束缚在一(yī)起(qǐ)。测(cè)量星系(xì)团(tuán)的质(zhì)量(liàng)一(yī)般会(huì)使用到两(liǎng)种方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以(yǐ)确定其质量(liàng)的范围。

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

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质量的计(jì)算，是利用(yòng)光(guāng)谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团中的各(gè)个星(xīng)系相对于星系团的(de)运动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消(xiāo)失了，或(huò)者说(shuō)这99%的(de)质量并不(bù)以可见光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过(guò)程中，兹威基发现星(xīng)系团中很(hěn)多(duō)星(xīng)系(xì)的(de)速度比理论上(shàng)要(yào)快得多，按照牛(niú)顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产生(shēng)的(de)引(yǐn)力是无法(fǎ)将它们束缚在(zài)星系团内(nèi)的，它(tā)们早就应该被抛出(chū)星系(xì)团之外(wài)了，除非有一种神秘的(de)力量(liàng)在起作(zuò)用，这种力(lì)量(liàng)来(lái)源于某种隐形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提(tí)出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不(bù)发(fā)散光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是它(tā)们却占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分(fēn)的质量。只是当(dāng)时的(de)人(rén)们对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再一次出现。天文(wén)学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就会(huì)越慢。但是他们观测的结果却(què)让人感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持不变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如(rú)果没有足(zú)够大的质(zhì)量来吸引它(tā)们，这些外(wài)围的恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的(de)方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是(shì)测量(liàng)星系当中气体(tǐ)在(zài)X轴上距离星(xīng)系中心的(de)距离，以及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的(de)旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的(de)力量进入(rù)其(qí)中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距(jù)离(lí)星系中心更远距(jù)离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们(men)的旋转速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系(xì)也不(bù)例外(wài)，太(tài)阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上(shàng)，距(jù)离银河系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力定律(lǜ)进行计算，太(tài)阳系(xì)的运(yùn)行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实际速(sù)度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速(sù)度，那(nà)么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心加速度(dù)的原因很可(kě)能就是存在(zài)着(zhe)一种(zhǒng)我们看(kàn)不(bù)到的(de)物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集(jí)在(zài)了一(yī)起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物(wù)质的存(cún)在。科学家根据(jù)星(xīng)系外(wài)恒星轨道(dào)的速度(dù)，估(gū)算在星(xīng)系当中暗物质的(de)质量占整个(gè)星系(xì)质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一可以解释这个现象的原因。在一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出(chū)现速(sù)度(dù)上(shàng)的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星(xīng)数量却只有银(yín)河系(xì)的千分(fēn)之(zhī)一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发现星系中的(de)恒星运(yùn)动是可(kě)以用正常的物质和(hé)力学定律来解释的。那么又有人(rén)提出，也(yě)许(xǔ)该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另(lìng)一个大星系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它的附(fù)近(jìn)没有任何星(xīng)系(xì)存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除了暗物(wù)质的(de)假说(shuō)之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能就是人(rén)类对引力(lì)的(de)理(lǐ)解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方(fāng)式(shì)是不(b为什么负负得正怎么推理，乘法为什么负负得正ù)同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中(zhōng)的(de)天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的(de)方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作(zuò)用则是(shì)不同的方式(shì)。对于(yú)在星系(xì)团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念(niàn)，指的(de)是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要对现在的物理(lǐ)定律进行修(xiū)正，这(zhè)些发(fā)现也让很(hěn)多人(rén)认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)还有关(guān)于(yú)暗物质(zhì)存(c为什么负负得正怎么推理，乘法为什么负负得正ún)在的其他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团(tuán)所组成，类似这样(yàng)的(de)星团，它们大部分(fēn)的普通质量都(dōu)在星(xīng)系的气体当中。当星(xīng)团(tuán)以(yǐ)1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气(qì)体(tǐ)的相(xiāng)互作用(yòng)就(jiù)会导致温度的(de)急剧升(shēng)高(gāo)，速(sù)度大幅降低。所以在(zài)理论(lùn)上，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹星(xīng)系团大部分的(de)质量将位于所有这些气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那么(me)我(wǒ)们(men)通过什么来验证它(tā)的质量(liàng)区(qū)域到(dào)底是不是集中在中间呢(ne)？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在(zài)照片中我(wǒ)们可以明显地看到很(hěn)多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的(de)形变(biàn)。其实这些星系本(běn)身并不是真(zhēn)的(de)被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望(wàng)远镜出(chū)了(le)什么问(wèn)题，而是(shì)这(zhè)样(yàng)极遥远的天体和我们地(dì)球上的观(guān)测(cè)者(zhě)之间(jiān)。被一(yī)个质(zhì)量超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远星系的光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这个现象就是(shì)引力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的(de)天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测的(de)时(shí)候，发现它的大质(zhì)量区域(yù)并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方(fāng)法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的(de)质量气(qì)体被卡在了中间(jiān)，暗物质则(zé)直接通过了这个区域(yù)，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究也(yě)被认为(wèi)是暗物质(zhì)存在(zài)的迄今为(wèi)止最好(hǎo)的理(lǐ)论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可(kě)以畅通(tōng)无(wú)阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙(zhòu)空(kōng)间背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表(biǎo)示温度(dù)较(jiào)高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学(xué)家们通过(guò)对前景背景分离后的二值图(tú)像进(jìn)行(xíng)连通域提取和标记之(zhī)后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有暗(àn)物质，图形看(kàn)起来(lái)不应该是(shì)这样的(de)，而随着(zhe)暗物(wù)质的增加，一(yī)些峰值的(de)幅度会减(jiǎn)小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是(shì)普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个(gè)数字(zì)与解释星系当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需(xū)要的暗(àn)物质比(bǐ)例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好(hǎo)地(dì)解(jiě)释了很多不同(tóng)的(de)观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子，它们(men)不参与任(rèn)何(hé)其他的电磁(cí)作用(yòng)，只通过(guò)引力来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到(dào)这(zhè)种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物(wù)质(zhì)存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这(zhè)些不同的(de)目标粒子所需要的实验方式也不(bù)相同。在过去的几(jǐ)十(shí)年当中(zhōng)，人类为了(le)寻(xún)找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超过(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(lì)的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井当中，藏(cáng)着地(dì)球(qiú)上(shàng)最大的(de)地学实验室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层楼(lóu)高的(de)探测器，一直致力于寻(xún)找暗(àn)物质粒子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的(de)科学家声(shēng)称观测到了某(mǒu)种信号。经过了(le)20多年的数据(jù)收集(jí)，人(rén)们发现了(le)一(yī)个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年(nián)当中每(měi)年都是一(yī)样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类发(fā)现暗物质的第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但是为(wèi)什么(me)暗(àn)物质(zhì)会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着(zhe)我们也(yě)在以这样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳的(de)方向与太(tài)阳环绕银(yín)河系的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地(dì)球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是理论(lùn)上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢(màn)值(zhí)。尽管在实际(jì)的情况中，太(tài)阳系(xì)相(xiāng)对银河系的(de)平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的(de)有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这可以用来解释，研(yán)究人员们(men)所(suǒ)观测(cè)到的周(zhōu)期(qī)性(xìng)信(xìn)号。当(dāng)然也可能有(yǒu)其他的情况，造(zào)成(chéng)这(zhè)种年度周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的(de)积(jī)雪，甚至连意大(dà)利游(yóu)客的数量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立(lì)了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而(ér)在这里，地球(qiú)穿(chuān)过(guò)暗物质流的运动特征和(hé)第一个实验(yàn)室(shì)是(shì)一样的(de)。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到相(xiāng)同的信(xìn)号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的证据了(le)。但是由于(yú)这个实(shí)验室刚(gāng)刚(gāng)建成(chéng)不(bù)久，所以截(jié)至目前还(hái)无法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新(xīn)的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南(nán)希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供(gōng)的(de)视野是哈(hā)勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个(gè)关键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实(shí)验室粒(lì)子天(tiān)体(tǐ)物理中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者(zhě)说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进(jìn)一步(bù)的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通过(guò)这样(yàng)的效应(yīng)创造(zào)生命。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前(qián)提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支(zhī)持是(shì)我更新(xīn)的动力！

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