宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的(de)证据，科学家(jiā)们在过去的几(jǐ)十年(nián)当中进行了超过50次(cì)的长期实验，但(dàn)是却(què)没有(yǒu)发现任何的(de)有效(xiào)证据。除(chú)了一个地方，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发表了(le)万有引力定(dìng)律，它揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天(tiān)体运动的(de)规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出(chū)现异常，不符合万有引力定(dìng)律(lǜ)的时(shí)候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通(tōng)过引力在摄动它(tā)的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算(suàn)并且(qiě)发现了海王星的存(cún)在(zài)。另外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的(de)发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大(dà)天(tiān)文(wén)成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的(de)尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学(xué)家弗(fú)里(lǐ)茨兹(zī)威基正(zhèng)在研究和测量(liàng)后发星(xīng)系团的(de)质量(liàng)。这是一个(gè)由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会(huì)使用到两种方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可(kě)以(yǐ)确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第(dì)一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光(guāng)度。

第(dì)二种是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中的各个星系(xì)相对于星系团的(de)运(yùn)动速度。当测量(liàng)结果出(chū)来之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的(de)质量(liàng)并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的(de)是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力(lì)是无(wú)法(fǎ)将它们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星(xīng)系团之外了，除(chú)非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力量在起作用(yòng)，这(zhè)种力(lì)量来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样(yàng)部分不可(kě)见的暗(àn)质(zhì)，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时(shí)的人(rén)们对这样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在(zài)观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来(lái)说(shuō)，距离中心越远(yuǎn)的(de)恒(héng)星(xīng)在(zài)其(qí)轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观(guān)测的结果却让人(rén)感(gǎn)到不可(kě)思议(yì)。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可(kě)是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在(zài)星系当中如果(guǒ)没有足够(gòu)大(dà)的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会(huì)使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测量星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结(jié)果，就认为是(shì)由(yóu)暗物(wù)质的(de)力量(liàng)进入其中。

于是科学(xué)家们通过射(shè)电望远镜(jìng)测量了(le)距离(lí)星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的(de)太阳(y食邑五百户是什么意思，半年食邑是什么意思áng)系也不(bù)例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳(yáng)系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于(yú)理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度的(de)原(yuán)因很可能就是存在着一种我们看不(bù)到(dào)的物质，是这些暗物(wù)质的引(yǐn)力(lì)效应将星系(xì)聚集在了一(yī)起。

也是从这时开(kāi)始，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗物(wù)质的存(cún)在。科学家根(gēn)据星系外恒(héng)星(xīng)轨道的(de)速度，估算在星系当中暗(àn)物质(zhì)的质量占整个(gè)星系质量的(de)85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解(jiě)释(shì)这(zhè)个(gè)现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应(yīng)的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外(wài)，天(tiān)文(wén)学(xué)家(jiā)还发(fā)现(xiàn)了一个(gè)反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个(gè)星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但(dàn)是(shì)星系当中存在(zài)的恒星数量却只有银河(hé)系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是科学(xué)家们使用最先进的望(wàng)远镜对其(qí)进行(xíng)了40个小时(shí)的详细测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中的(de)恒(héng)星运(yùn)动是可以用正常的物质(zhì)和力学(xué)定律(lǜ)来解(jiě)释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附(fù)近的(de)另(lìng)一个大星系剥离(lí)了。奇怪(guài)的是(shì)，它的附近没有任何星系存在。造成这(zhè)些现象的除了(le)暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不够(gòu)全面，引力(lì)很可能在不同尺(chǐ)度空(kōng)间中的(de)工(gōng)作方式是不同的，这意(yì)味着(zhe)在行星系(xì)尺度中的天体会沿(yán)着它们(men)的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升(shēng)到星(xīng)系和(hé)星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的相互作用(yòng)则(zé)是不同的方式。对于在(zài)星系团之间的相互作用，科学家(jiā)还(hái)引入了外部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需(xū)要(yào)对现在的物理定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发(fā)现也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于(yú)暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的其(qí)他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据是蒙(méng)德理论所没(méi)法(fǎ)解释的(de)“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年的子(zi)弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的(de)星团，它们大部分的普通质量都在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部(bù)分的质量将位于所(suǒ)有(yǒu)这些(xiē)气体所在(zài)的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么来验(yàn)证它(tā)的质量区域到底是不(bù)是集中在中(zhōng)间(jiān)呢？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全(quán)彩的高清(qīng)照片(piàn)，在(zài)照片(piàn)中我(wǒ)们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本(běn)身(shēn)并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题(tí)，而是(shì)这(zhè)样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测(cè)者(zhě)之(zhī)间(jiān)。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的(de)东西(xī)的引(yǐn)力(lì)，会使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们(men)对子弹星(xīng)系团观(guān)测(cè)的时候，发(fā)现它的大(dà)质量(liàng)区域并不是在中间(jiān)，而是(shì)在(zài)两侧。所(suǒ)以最(zuì)好(hǎo)的解(jiě)释(shì)方(fāng)法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到的质(zhì)量气体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系(xì)团的引力透镜研究也被(bèi)认为是(shì)暗物质存在的迄(qì)今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光终(zhōng)于(yú)可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年(nián)之后，这些光在(zài)宇宙空(kōng)间背景上留下(xià)了各(gè)相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学家们通过(guò)对前景背(bèi)景分离后的(de)二(èr)值图像进行连通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物(wù)质，图(tú)形(xíng)看(kàn)起(qǐ)来不应该是这样的(de)，而随着暗物质的(de)增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微(wēi)波(bō)背(bèi)景(jǐng)辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物(wù)质大(dà)约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与(yǔ)解(jiě)释星(xīng)系当中恒(héng)星运(yùn)动所需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理论框架，就很好地解释了(le)很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存(cún)在着某种类型的(de)粒子，它们不(bù)参(cān)与任何(hé)其他的电磁作(zuò)用，只通过(guò)引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所以如果能够找(zhǎo)到(dào)这(zhè)种粒(lì)子的存在，就相当于找到(dào)了(le)暗(àn)物(wù)质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经(jīng)提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目(mù)标(biāo)粒子所需要的实(shí)验方式(shì)也不相同(tóng)。在过(guò)去的(de)几十年当(dāng)中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎(hū)不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们(men)已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次的(de)实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除(chú)了一(yī)个地(dì)方，意大利的格(gé)兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上最大的地学实(shí)验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼(lóu)高(gāo)的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称(chēng)观测到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的(de)数据收集，人们(men)发现(xiàn)了一(yī)个有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会在(zài)每(měi)年的6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学(xué)家认(rèn)为这可能(néng)是人(rén)类发现暗物质(zhì)的(de)第一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕(rào)着银河(hé)系(xì)进(jìn)行移动，那么如(rú)果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味(wèi)着我们(men)也(yě)在以这(zhè)样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的(de)振荡，同(tóng)时地球(qiú)又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年(nián)食邑五百户是什么意思，半年食邑是什么意思的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕(rào)银河系的(de)方向是(shì)一致的，而另外半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地(dì)球与(yǔ)太(tài)阳的(de)方向正好达到(dào)完全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰(qià)好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情况中(zhōng)，太(tài)阳(yáng)系相对银河(hé)系的平面(miàn)呈现了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影响这个(gè)理论(lùn)的有(yǒu)效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为这可(kě)以(yǐ)用来解释，研(yán)究人员们所观测到的周期性(xìng)信号。当然(rán)也可(kě)能有其(qí)他的(de)情(qíng)况(kuàng)，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了一(yī)个(gè)几乎相同的实验(yàn)室，这里(lǐ)的季节(jié)与之前(qián)的实(shí)验室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这里，地(dì)球穿(chuān)过暗(àn)物质流的(de)运动(dòng)特征和(hé)第一个实验室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以得到相(xiāng)同的信号(hào)，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚(gāng)建成不久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还(hái)无法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据(jù)支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗(àn)物质(zhì)背(bèi)后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或(huò)者(zhě)说是生(shēng)命进化(huà)的(de)一个重(zhòng)要因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会(huì)意味着人类并不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行(xíng)星(xīng)上，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这(zhè)样(yàng)的效(xiào)应创造生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的大前提是要先找到暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是(shì)我更新的动力！

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