宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为(wèi)何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在(zài)过去的几十(shí)年当(dāng)中进(jìn)行了超过50次(cì)的长期实验，但是(shì)却没(méi)有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除了(le)一(yī)个地方，在1687年(nián)出(chū)版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发(fā)表了(le)万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示了(le)宇(yǔ)宙中(zhōng)天体(tǐ)运动的规律。往后的几(jǐ)百年来(lái)，当天文学(xué)家们发现某些(xiē)天体运行轨道出(chū)现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的时候，他(tā)们就会知(zhī)道(dào)，周围一(yī)定有未知(zhī)的天(tiān)体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨道的异(yì)常，推算(suàn)并且发现了(le)海王星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但(dàn)是这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当(dāng)中，可(kě)当我们上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学(xué)家弗(fú)里茨(cí)兹威基正在研(yán)究(jiū)和(hé)测量(liàng)后发星系团的质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般(bān)会(huì)使用到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可(kě)以确定其(qí)质量的范围。

第(dì)一种是获(huò)得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测(cè)量(liàng)各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团(tuán)中的各个(gè)星系相对于星系(xì)团的运动速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发座星系团(tuán)有99%的质量消失了(le)，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不(bù)以可见光(guāng)的形式所存在(zài)，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是(shì)，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的速(sù)度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产生的引力是无法将它(tā)们(men)束缚在星系(xì)团内的(de)，它(tā)们早就应该被(bèi)抛出星系团之外了(le)，除非有一种神秘的(de)力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分(fēn)不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是它(tā)们却占据着宇宙中绝(jué)大(dà)部分的质量。只是当时的(de)人们对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个词才再一(yī)次出现。天文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福(fú)特(tè)在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越(yuè)远的恒星(xīng)在(zài)其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速(sù)度几乎保持(chí)不变。可是根(gēn)据(jù)牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质(zhì)量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当(dāng)中了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对(duì)标准的方法来解释暗物质的(de)存在，这种方法(fǎ)就是(shì)测量(liàng)星系当(dāng)中气(qì)体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结(jié)果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗物质的力(lì)量进入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们(men)通(tōng)过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测(cè)量了(le)距离(lí)星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它(tā)们的(de)旋转速(sù)度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河(hé)系的第三悬(xuán)臂之上，距离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的(de)运行速度(dù)应该是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上(shàng)，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米/秒的(de)速(sù)度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很可(kě)能就是存(cún)在(zài)着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些(xiē)暗物(wù)质(zhì)的引力效应将(jiāng)星系(xì)聚集在(zài)了一(yī)起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星(xīng)系外(wài)恒(héng)星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物(wù)质(zhì)的(de)质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不(bù)是唯一可以解(jiě)释(shì)这个现象的(de)原因。在一项新的(de)研究当中(zhōng)，科学家们发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间(jiān)，也会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文学家还发(fā)现(xiàn)了一个(gè)反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银河系不(bù)多，但是(shì)星系当(dāng)中存(cún)在的恒星(xīng)数量却只有银河(hé)系的(de)千分(fēn)之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在(zài)暗(àn)物(wù)质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小时的详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释(shì)的。那么又有(yǒu)人提出(chū)，也许(xǔ)该星(xīng)系的(de)暗(àn)物(wù)质，已经(jīng)被附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能(néng)就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工(gōng)作方式是不同(tóng)的，这(zhè)意味着在行(xíng)星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们(men)所理解的方(fāng)式(shì)运动(dòng)。但(dàn)是上升到星(xīng)系和星(xīng)团的尺度(dù)，引力之(zhī)间(jiān)的相互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系(xì)团(tuán)之间的相互作用，科学(xué)家还引入了(le)外部(bù)场效应的概念(niàn)，指的是在数(shù)百万光年的(de)规模上(shàng)，巨大(dà)的质量之间会(huì)产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多(duō)人认(rèn)为暗物(wù)质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的其(qí)他的理论(lùn)证(zhèng)据(jù)，这些(xiē)理论证据(jù)是蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解释的(de)“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年(nián)的子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团(tuán)所组成(chéng)，类似这样的星团，它们(men)大部分的(de)普通(tōng)质量都在星系的气体当中(zhōng)。当(dāng)星(xīng)团以1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星(xīng)系团大部分的质量将位(wèi)于(yú)所(suǒ)有(yǒu)这些气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域(yù)。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的(de)高(gāo)清照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们(men)可以明显地看到(dào)很多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸(shēn)产生了(le)巨(jù)大的形(xíng)变。其实这些星系本(běn)身并不是(shì)真的被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦(wéi)伯(bó)望远(yuǎn)镜(jìng)出了(le)什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个(gè)超大质量的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象就是引力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物(wù)质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测(cè)的(de)时候，发现它的大质(zhì)量区域(yù)并不是(shì)在(zài)中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方法就是(shì)当(dāng)星团发(fā)生全部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观测到的(de)质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质(zhì)则直接通过了这个区域，并在两边(biān)形成(chéng)了引力透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团的引力透(tòu)镜研50只芦丁鸡一年利润，一只芦丁鸡成本利润究(jiū)也(yě)被认为是(shì)暗物质(zhì)存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当(dāng)中了(le)。经过了(le)130多(duō)亿(yì)年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下了(le)各相同(tóng)性的(de)微波(bō)辐射。其中(zhōng)红色的部分(fēn)表(biǎo)示温度较高的(de)区(qū)域，蓝色(sè)则表示(shì)相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背(bèi)景(jǐng)分离(lí)后(hòu)的二值图(tú)像进行(xíng)连(lián)通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰(fēng)值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这(zhè)个(gè)数字与解释星系当中恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)所需要的暗物(wù)质比例是(shì)一(yī)致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就(jiù)很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质就(jiù)是(shì)宇宙当(dāng)中存在着某种类型(xíng)的粒(lì)子(zi)，它们不(bù)参与任何其他的(de)电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于(yú)找到了暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。这种粒(lì)子到(dào)底是(shì)什么？科学家(jiā)们(men)已经提出了数(shù)十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要(yào)的实(shí)验方式(shì)也(yě)不相同。在(zài)过去的(de)几十年当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找这(zhè)些(xiē)看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物(wù)质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过(guò)50次(cì)的(de)实验，却没有任何实质性(xìng)的发(fā)现，除了一个地方，意大(dà)利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学(xué)实验室，这个(gè)实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高(gāo)的探(tàn)测器(qì)，一直致(zhì)力于寻找暗(àn)物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了(le)某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个(gè)有趣的事情。探测率会在(zài)每年(nián)的(de)6月份达(dá)到(dào)峰值，然(rán)后(hòu)在11月降到(dào)最低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年都(dōu)是一样。一些科学家认为这(zhè)可能是(shì)人类发现暗(àn)物质的第一个直(zhí)接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进(jìn)行移动，那么(me)如果暗(àn)物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样(yàng)的(de)速(sù)度在(zài)穿越着暗(àn)物质流(liú)，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时(shí)间(jiān)，地球(qiú)围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地(dì)球与太阳的(de)方向正(zhèng)好(hǎo)达到(dào)完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对(duì)银(yín)河系的平面(miàn)呈现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是(shì)这并不影响这(zhè)个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可(kě)以用来(lái)解释，研究50只芦丁鸡一年利润，一只芦丁鸡成本利润人(rén)员(yuán)们(men)所观测到的(de)周期(qī)性信号。当(dāng)然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度(dù)周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山(shān)上的积雪，甚至连(lián)意大利游客(kè)的(de)数量也(yě)符合这个周期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的(de)实验室，这(zhè)里(lǐ)的(de)季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流(liú)的运(yùn)动特(tè)征(zhēng)和(hé)第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同(tóng)的信号(hào)，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质所存在的非(fēi)常(cháng)有力的证据了(le)。但是(shì)由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所以截(jié)至目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它(tā)的(de)宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探(tàn)索暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我(wǒ)们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存在，它(tā)们(men)极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应(yīng)，这种暗(àn)物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个(gè)重要因素。

如(rú)果(guǒ)这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物质会(huì)不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物(wù)质(zhì)正在通过这样的效应(yīng)创造生(shēng)命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的大(dà)前(qián)提是(shì)要先找到(dào)暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你(nǐ)的(de)支持是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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