宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为(wèi)何会(huì)存在科学(xué)无(wú)法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存(cún)在的证据(jù)，科学(xué)家(jiā)们(men)在过去的几十年当中进(jìn)行了超过(guò)50次(cì)的(de)长期实验(yàn)，但是却没有发(fā)现任何(hé)的有效证据(jù)。除了(le)一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学(xué)数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符合万(wàn)有引力定律的(de)时候，他们就会知道，周围(wéi)一(yī)定有未知的天(tiān)体通过(guò)引力在摄(shè)动它(tā)的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运(yùn)行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算并且发(fā)现(xiàn)了海王(wáng)星的(de)存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得(dé)重大(dà)天文成就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或(huò)者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的(de)物理学(xué)家弗里茨兹(zī)威基正在研(yán)究和(hé)测量后发星系团的质量。这是(shì)一个(gè)由数千个星系所组成的(de)巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团的质量一般(bān)会使用(yòng)到两种方法，当(dāng)两(liǎng)种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获(huò)得其"光度学(xué)的(de)质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系的光度(dù)。

第二种是(shì)动力学质量(liàng)的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于(yú)星系团的运动速(sù)度。当(dāng)测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度(dù)学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹威(wēi)基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理(lǐ)论上(shàng)要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量(liàng)所产生的引力(lì)是无法将(jiāng)它们(men)束缚(fù)在星系团内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出星系(xì)团之外(wài)了，除(chú)非有一种神(shén)秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于(yú)某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部(bù)分不可见的暗质(zhì)，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分的(de)质(zhì)量。只是当时的人们对这(zhè)样(yàng)的一种说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特(tè)在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距(jù)离(lí)中心越远(yuǎn)的(de)恒星(xīng)在其轨道上(shàng)的运行速度就会(huì)越慢。但是他们观测的(de)结果却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星(xīng)系(xì)当中如(rú)果没有足够大的质量来吸引它们(men)，这(zhè)些(xiē)外(wài)围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们会(huì)使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测(cè)量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的(de)距(jù)离，以及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物(wù)质的力量(liàng)进入其(qí)中。

于是(shì)科学家们(men)通过射电望远镜测量(liàng)了距离(lí)星(xīng)系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符(fú)合牛顿的(de)力学定律。我们(men)的太阳系也不(bù)例外(wài)，太阳系位于银河(hé)系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进(jìn)行(xíng)计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上，太阳(yáng)系(xì)正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论速度，那么(me)产生以上这(zhè)种向心(xīn)加速度的原(yuán)因很(hěn)可能就是存在(zài)着一(yī)种我们看不到的(de)物质，是(shì)这些暗物质的(de)引力效应将星系聚(jù)集在(zài)了(le)一(yī)起(qǐ)。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据(jù)星(xīng)系外(wài)恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物(wù)质的(de)质量占(zhàn)整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不(bù)是唯一可以(yǐ)解释这个(gè)现象的(de)原因。在一项新的研究(jiū)当(dāng)中，科学家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有引力效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差(chà)异(yì)。另外(wài)，天文学家还发现了一个(gè)反常(cháng)的(de)星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地其人舍然大喜的舍是什么意思，不舍昼夜的舍是什么意思古义(dì)球大约(yuē)2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系不(bù)多，但(dàn)是星系当(dāng)中存(cún)在的恒星数量却只(zhǐ)有银河(hé)系的千分(fēn)之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗(àn)物(wù)质，否(fǒu)则就(jiù)会分崩(bēng)离析。但是(shì)科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时(shí)的详细测量(liàng)之后，发现星系中的(de)恒星(xīng)运动是(shì)可以用(yòng)正(zhèng)常的物质和力(lì)学(xué)定律来解释的。那(nà)么又(yòu)有(yǒu)人提出，也(yě)许该星系的暗物质(zhì)，已经(jīng)被附(fù)近的另一个大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的(de)是，它的附近没(méi)有任何星系(xì)存在(zài)。造成(chéng)这些现象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一(yī)种可能就是人类对(duì)引力的理解还不(bù)够全面，引力很可(kě)能在不(bù)同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上升到(dào)星系(xì)和星(xīng)团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还(hái)引(yǐn)入了(le)外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着(zhe)我们需(xū)要对现在的物理定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发现也(yě)让很多人认(rèn)为(wèi)暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有关(guān)于(yú)暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的(de)星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在(zài)星系的(de)气体当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发(fā)生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互(hù)作用就会导致温度的急(jí)剧升(shēng)高，速度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系团大部分的(de)质量(liàng)将位于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所(suǒ)在的中间区域。那么我们(men)通过什么来验证它的质量区域(yù)到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全(quán)彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照(zhào)片中我们可以明(míng)显地看到很(hěn)多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些(xiē)星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发生(shēng)了扭曲(qū)。这个(gè)现象就(jiù)是引力(lì)透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能(néng)是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质量区域并不是在(zài)中间(jiān)，而是(shì)在(zài)两侧。所以最好的解释方法就是当星团发(fā)生全部的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的(de)理论证(zhèng)据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年(nián)之(zhī)后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿(chuān)越在(zài)宇宙当(dāng)中了(le)。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下(xià)了各相(xiāng)同性的微波(bō)辐射。其中红色的部(bù)分表示温度(dù)较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间(jiān)的(de)温差(chà)只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前(qián)景背(bèi)景分(fēn)离后的二值图像(xiàng)进(jìn)行连通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗(àn)物质，图形看起(qǐ)来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会(huì)减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看(kàn)起(qǐ)来(lái)“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需(xū)要的(de)暗物(wù)质(zhì)大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中(zhōng)恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例是(shì)一(yī)致(zhì)的(de)。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了一个简单(dān)的理论框(kuāng)架(jià)，就很好地解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在(zài)着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它(tā)们不(bù)参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过(guò)引力来(lái)相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能(néng)够找到这种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗(àn)物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了(le)数(shù)十种的假想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不同的(de)目标粒(lì)子所需要的实验方(fāng)式也不(bù)相(xiāng)同(tóng)。在过去的(de)几十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎(hū)不(bù)会(huì)与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除(chú)了一个地方，意大(dà)利的格(gé)兰萨索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑(bēi)斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的(de)地(dì)学实(shí)验室，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层(céng)楼高的探测(cè)器(qì)，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科学家(jiā)声(shēng)称观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多年(nián)的数(shù)据(jù)收(shōu)集，人们发(fā)现了(le)一个(gè)有(yǒu)趣(qù)的事(shì)情(qíng)。探测率会在(zài)每(měi)年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低(dī)，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年都是一样。一(yī)些科学家认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生(shēng)周期(qī)性(xìng)的(de)年度信号呢？刚才我们(men)讲了(le)太(tài)阳系正在以220公里/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕着银(yín)河系进行移动，那(nà)么如果暗(àn)物(wù)质存在宇宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球(qiú)又以30公里/秒的(de)速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时(shí)间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球与太阳的方(fāng)向正好达(dá)到完(wán)全一致，这(zhè)是理论上地(dì)球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际(jì)的(de)情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的(de)周期性信号。当(dāng)然也(yě)可能有其他的情况，造成这(zhè)种年度周(zhōu)期信号的差(chà)异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的(其人舍然大喜的舍是什么意思，不舍昼夜的舍是什么意思古义de)积雪，甚至(zhì)连意大利游客(kè)的(de)数量也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立了一个几(jǐ)乎(hū)相同的(de)实验(yàn)室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前的(de)实(shí)验(yàn)室正好相反(fǎn)，而在这里，地球(qiú)穿过(guò)暗物质流(liú)的运动特征和第一个(gè)实(shí)验室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质(zhì)所存(cún)在的(de)非(fēi)常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供(gōng)相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的(de)望(wàng)远镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关键的用途就是探索暗物(wù)质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于(yú)探测的结果(guǒ)，我们只能(néng)拭目(mù)以待了。费(fèi)米实(shí)验室粒子(zi)天(tiān)体物(wù)理中(zhōng)心的(de)科学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步(bù)的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不会(huì)意味着(zhe)人(rén)类并不(bù)孤(gū)单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提(tí)是要(yào)先(xiān)找到(dào)暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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