宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人(rén)类(lèi)为了(le)寻找暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的证(zhèng)据(jù)，科学(xué)家们在(zài)过去的(de)几十年当中(zhōng)进行了超(chāo)过50次的(de)长(zhǎng)期实验，但是却(què)没有发现任何的(de)有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的(de)几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不(bù)符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一(yī)定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶(yé)就(jiù)通过天王(wáng)星(xīng)运行轨道(dào)的异常，推算并且发(fā)碳酸银是不是沉淀 碳酸银在水中是沉淀吗现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用(yòng)万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)所(suǒ)取得重大天文成就(jiù)的例子。但是(shì)这些发现都是在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们(men)上升(shēng)到星系或者是(shì)星团的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后(hòu)发星系(xì)团的质量。这(zhè)是(shì)一(yī)个由(yóu)数千个星系(xì)所(suǒ)组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动(dòng)力学(xué)质量的(de)计(jì)算，是利用光谱红(hóng)移(yí)测量(liàng)星系团中的(de)各个星系(xì)相对(duì)于星系团的(de)运动速(sù)度。当测量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力(lì)学质(zhì)量”竟(jìng)然(rán)是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或(huò)者(zhě)说这99%的(de)质量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度(dù)的(de)过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多(duō)星系的速度比理论上(shàng)要快得多，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的(de)引力(lì)是无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系团之外(wài)了(le)，除非(fēi)有一种神秘的力(lì)量在起作用(yòng)，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部(bù)分(fēn)不可(kě)见(jiàn)的(de)暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却(què)占据着宇宙中绝大(dà)部分的(de)质量。只是当时的人们对这样(yàng)的一种说法(fǎ)不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一(yī)次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就会(huì)越慢。但是他们观测的结果却(què)让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的(de)增(zēng)加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几乎保(bǎo)持不(bù)变。可(kě)是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在(zài)星系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于这种现象(xiàng)，科(kē)学家们会使用(yòng)一种相对(duì)标准的方法(fǎ)来解释暗物质(zhì)的存(cún)在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测(cè)量星系(xì)当(dāng)中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中(zhōng)心的(de)距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是(shì)由暗物质的(de)力量(liàng)进入(rù)其中(zhōng)。

于(yú)是科学(xué)家们通过(guò)射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距(jù)离(lí)星系(xì)中(zhōng)心更远距离的氢元素(sù)，发(fā)现(xiàn)它们的(de)旋转速(sù)度并不(bù)符(fú)合牛顿(dùn)的(de)力学定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也(yě)不例外，太阳系(xì)位(wèi)于银(yín)河系的(de)第三悬臂(bì)之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据(jù)万(wàn)有引力定(dìng)律进行计(jì)算，太(tài)阳系的运(yùn)行速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上(shàng)，太(tài)阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的(de)速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速(sù)度(dù)远远大(dà)于理论(lùn)速(sù)度，那(nà)么产生以上这种向心加速度的原因很(hěn)可能(néng)就(jiù)是存在着(zhe)一(yī)种我们看(kàn)不到的(de)物质，是(shì)这(zhè)些(xiē)暗物质的(de)引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是(shì)从这时(shí)开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家(jiā)根据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量占整个(gè)星(xīng)系质量的85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不是唯(wéi)一(yī)可以解释这个现象的原(yuán)因(yīn)。在一(yī)项新的研究当中(zhōng)，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有(yǒu)引力(lì)效应的遥远恒星之间，也(yě)会(huì)出现(xiàn)速度上的(de)微小差异(yì)。另外，天文学家还发现(xiàn)了(le)一个(gè)反常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但(dàn)是(shì)星系当中存在的恒星数量却只有银河(hé)系的千分之(zhī)一。

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所以在(zài)理论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但(dàn)是科(kē)学家们使用最先进(jìn)的望远镜对(duì)其进行了(le)40个小时(shí)的详细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中的恒星运动是(shì)可以(yǐ)用正常的物(wù)质和力学定律来解释的(de)。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗(àn)物质(zhì)，已经(jīng)被附近(jìn)的另一(yī)个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何(hé)星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是(shì)人类对引力的理解还不够全面，引力(lì)很(hěn)可能在不同尺度(dù)空(kōng)间中的工作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天体会(huì)沿着它(tā)们的轨道，按(àn)照我(wǒ)们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是(shì)不同的(de)方(fāng)式。对于在星(xīng)系团之(zhī)间的相互作(zuò)用(yòng)，科(kē)学(xué)家(jiā)还引入(rù)了外部场效应的概念，指的是(shì)在数(shù)百万光年的(de)规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我们需(xū)要对现在的物(wù)理定律(lǜ)进(jìn)行修正，这(zhè)些发现也(yě)让很多(duō)人认为(wèi)暗(àn)物(wù)质假(jiǎ)说(shuō)理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存在的其他(tā)的(de)理(lǐ)论(lùn)证据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙德理论(lùn)所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团(tuán)所组成，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大部(bù)分的普通质量都在星系的(de)气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际气(qì)体的相(xiāng)互作用(yòng)就(jiù)会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部分的(de)质量将位(wèi)于(yú)所(suǒ)有这些气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来验证(zhèng)它的质(zhì)量区域到底是不(bù)是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的(de)高清(qīng)照片，在照片中我(wǒ)们可以明(míng)显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题(tí)，而是(shì)这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的(de)光都发(fā)生了扭曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是(shì)引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大(dà)质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团(tuán)观测的时(shí)候(hòu)，发(fā)现它的大质量区域(yù)并不(bù)是在(zài)中间，而(ér)是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是(shì)当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质(zhì)量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则(zé)直(zhí)接通过了这个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星系团的(de)引力透镜研究也(yě)被认为是暗物(wù)质存在的(de)迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从(cóng)宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅通无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年(nián)之后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的微波辐(fú)射。其中红(hóng)色的部分表(biǎo)示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际(jì)上它们(men)之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们(men)通过(guò)对前(qián)景背(bèi)景分离后的二值图像进(jìn)行连(lián)通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没(méi)有暗物质(zhì)，图(tú)形看起来不应该是这(zhè)样(yàng)的(de)，而随着(zhe)暗物(wù)质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值的(de)幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的(de)测量值，我们需(xū)要的(de)暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运(yùn)动所需要的暗物(wù)质比例是一(yī)致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗(àn)物质的(de)本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科学(xué)家们已经提出(chū)了(le)数十种的假想目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过(guò)去(qù)的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质(zhì)相互(hù)作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科学(xué)家们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除(chú)了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏着地(dì)球上(shàng)最大的地学实验室，这(zhè)个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的(de)探测器(qì)，一(yī)直(zhí)致力(lì)于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家(jiā)声称观测(cè)到了某种信号。经(jīng)过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达(dá)到(dào)峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年当中每年(nián)都是(shì)一样。一些科学家认为这可能是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是(shì)为(wèi)什么(me)暗(àn)物质会产生周期(qī)性的年度(dù)信(xìn)号(hào)呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银(yín)河系进行移动，那(nà)么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以(yǐ)这样的(de)速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相应的(de)振荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕银(yín)河(hé)系的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地(dì)球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正(zhèng)好(hǎo)达到完(wán)全一致，这是理论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系(xì)相(xiāng)对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为这(zhè)可以用来解释，研究(jiū)人员(yuán)们所观测到的周期(qī)性信号。当(dāng)然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期信号的差异(yì)也可能是温度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高(gāo)山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合这个周期(qī)的(de)规律。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在(zài)南半球建立了(le)一个(gè)几乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的运动特(tè)征和第一个实验室(shì)是(shì)一(yī)样的(de)。

因此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可(kě)以得到相同的信(xìn)号(hào)，就可(kě)以成为暗物质所存在(zài)的非(fēi)常有力(lì)的证据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目(mù)前还无法提供(gōng)相应的(de)数(shù)据支(zhī)持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的(de)宽(kuān)视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南(nán)希(xī)格(gé)雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物(wù)质(zhì)背后的(de)奥秘，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我们(men)只能拭目以待(dài)了(le)。费米实验室粒子天体物理中心的(de)科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应(yīng)，会支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的(de)诞(dàn)生(shēng)，或者(zhě)说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不会意(yì)味着人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落(luò)的(de)行星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过(guò)这样的效应创造生命。当(dāng)然(rán)，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你(nǐ)们(men)觉得(dé)暗(àn)物(wù)质到底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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