宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为何会(huì)存在科学无法解(jiě)释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么？人(rén)类为了(le)寻找暗物(wù)质(zhì)存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几十年当(dāng)中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却(què)没有发(fā)现任何的有(yǒu)效证据。除了一(yī)个地(dì)方，在(zài)1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学(xué)数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家(jiā)们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的(de)时候，他们就会(huì)知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶(yé)就通过(guò)天王星运行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海(hǎi)王(wáng)星的存在(zài)。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用(yòng)万(wàn)有引力(lì)定律所取得重大天文成就的(de)例(lì)子(zi)。但是这些发现都是在恒星系统的(de)尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系或(huò)者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正在(zài)研究和测量后发(fā)星系(xì)团的质(zhì)量。这(zhè)是一(yī)个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一(yī)起。测量(liàng)星(xīng)系(xì)团的质量(liàng)一(yī)般(bān)会使(shǐ)用到两种方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得(dé)其"光(guāng)度学(xué)的(de)质量"，需(xū)要的数(shù)据(jù)是测量各个(gè)星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利(lì)用(yòng)光谱红(hóng)移测量星系(xì)团中的各个星系(xì)相对(duì)于星(xīng)系团的运动(dòng)速度(dù)。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威(wēi)基彻(chè)底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系(xì)团有99%的(de)质量消失了，或(huò)者说这99%的质量(liàng)并不以可见(jiàn)光的(de)形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们(men)无(wú)法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团中很多星系的速度比理论(lùn)上要(yào)快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系(xì)的(de)质(zhì)量所产生的引力是无法将它们束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它(tā)们早就应(yīng)该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一种神秘的(de)力量在(zài)起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来(lái)源于(yú)某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的质量(liàng)。只是当(dāng)时(shí)的人们对(duì)这(zhè)样(yàng)的一种说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却(què)让人感到不可思(sī)议。

随(suí)着与中(zhōng)心距离(lí)的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根(gēn)据(jù)牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中如(rú)果没(méi)有足够大(dà)的质量来(lái)吸(xī)引它们(men)，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了(le)。基于(yú)这种现象，科学(xué)家(jiā)们会使用一种相(xiāng)对标准的方法来解释暗(àn)物质(zhì)的(de)存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的(de)距(jù)离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现(xiàn)异常的结(jié)果，就认为是由暗早晨的太阳叫什么，早晨的太阳叫什么雅称物(wù)质(zhì)的力量(liàng)进入(rù)其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合(hé)牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我们(men)的(de)太阳系也(yě)不例外，太阳系(xì)位于(yú)银(yín)河系的第三(sān)悬臂之上，距离(lí)银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行速(sù)度应(yīng)该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速(sù)度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种向心加速度的原因很可能(néng)就是存在着一种我们看(kàn)不(bù)到的物(wù)质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在了(le)一(yī)起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的(de)研究(jiū)人员(yuán)开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的(de)速度，估算在星系当(dāng)中暗物(wù)质的质量占整(zhěng)个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这个(gè)现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度(dù)上(shàng)的微小差异。另(lìng)外(wài)，天文学(xué)家还发现了一个反(fǎn)常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是星系当中存在(zài)的(de)恒星数量却只(zhǐ)有银河(hé)系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须存在暗物(wù)质(zhì)，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的(de)详细测量之(zhī)后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解释的。那(nà)么又有人提(tí)出，也(yě)许该星系(xì)的暗(àn)物质，已经被附(fù)近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的(de)除了暗(àn)物质的假说之(zhī)外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人类对引(yǐn)力的(de)理解还不(bù)够全面，引力(lì)很可能在不(bù)同尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的(de)，这意味着在行星系尺度中的(de)天(tiān)体会沿(yán)着它(tā)们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但是上升到星系和(hé)星团的(de)尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的(de)相(xiāng)互作用则是不同(tóng)的(de)方式。对于在(zài)星系(xì)团之间的相互(hù)作用(yòng)，科(kē)学家还引入了外部场效(xiào)应的(de)概(gài)念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效(xiào)果(guǒ)，这(zhè)个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对(duì)现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存(cún)在的其(qí)他的理论证据，这(zhè)些理论(lùn)证据是蒙德(dé)理论所没法解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们(men)大部分的普通质量都(dōu)在星系的(de)气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用就会导致温度的(de)急剧升高，速度(dù)大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团(tuán)大(dà)部(bù)分的质量(liàng)将位于所(suǒ)有(yǒu)这些气体所在的中间(jiān)区(qū)域。那(nà)么我(wǒ)们(men)通(tōng)过什么来验证它的质量区(qū)域到(dào)底(dǐ)是(shì)不是集(jí)中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)第一(yī)张全彩的(de)高清(qīng)照片(piàn)，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产(chǎn)生了(le)巨(jù)大的形变。其实(shí)这些星系本身并不是真(zhēn)的(de)被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一(yī)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(lì)，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这个(gè)巨大(dà)的(de)天体(tǐ)可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好早晨的太阳叫什么，早晨的太阳叫什么雅称的(de)解释(shì)方法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到(dào)的质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接(jiē)通(tōng)过(guò)了这个区域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存(cún)在的迄今(jīn)为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当中最古老(lǎo)的(de)光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性(xìng)的微波辐(fú)射。其(qí)中红色的部分(fēn)表(biǎo)示温度较(jiào)高的区域，蓝色则(zé)表示相对较(jiào)冷的区域，但实(shí)际上它们之(zhī)间的温(wēn)差只有万分之(zhī)一。

科(kē)学家(jiā)们(men)通(tōng)过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通域提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小(xiǎo)，才(cái)变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射(shè)的(de)测量值，我(wǒ)们需(xū)要(yào)的(de)暗(àn)物质大约是普通物质的(de)5倍。这(zhè)个(gè)数字(zì)与解(jiě)释(shì)星系当中恒(héng)星(xīng)运动所需要的暗物质比(bǐ)例(lì)是(shì)一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就(jiù)很(hěn)好地解释(shì)了很多(duō)不(bù)同(tóng)的观测结果。而暗(àn)物质(zhì)的本质就是宇宙当中(zhōng)存在(zài)着(zhe)某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用(yòng)，只通过引力(lì)来相互作用。所以如果(guǒ)能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到(dào)了暗物(wù)质存在(zài)的实际(jì)证据。这种粒子到底是(shì)什(shén)么(me)？科学家们已(yǐ)经提出了数(shù)十种的(de)假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目(mù)标粒子所需(xū)要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何(hé)实质(zhì)性的发现，除(chú)了一个地方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球(qiú)上最(zuì)大(dà)的(de)地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于(yú)寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称观测到了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多年(nián)的数据收集，人们(men)发(fā)现了一个有趣的(de)事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科(kē)学(xué)家认为这可能是(shì)人类发(fā)现暗物质的第一(yī)个直接证据(jù)。

但是为什么暗物(wù)质会产(chǎn)生周期性的年度信(xìn)号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们(men)也在(zài)以(yǐ)这样的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时(shí)间，地球(qiú)围绕(rào)太(tài)阳的方向(xiàng)与太阳(yáng)环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与太(tài)阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地球(qiú)穿越(yuè)暗物(wù)质流最快的(de)时段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的(de)情况中(zhōng)，太(tài)阳系(xì)相对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号(hào)。当然也可能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成这种年度(dù)周期信号的(de)差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立了(le)一(yī)个几乎相同的实(shí)验室，这里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物(wù)质流的(de)运动(dòng)特(tè)征和第一个实(shí)验(yàn)室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成(chéng)为暗(àn)物质所存(cún)在的非常有力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不(bù)久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的(de)视野是哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望(wàng)远镜其(qí)中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥(ào)秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发(fā)现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一(yī)种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这种暗物(wù)质效应(yīng)，会(huì)支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如(rú)果这一理论(lùn)得到进(jìn)一步的(de)证实，那(nà)么遍布宇宙当中的(de)暗(àn)物质(zhì)会不会意味着人类(lèi)并不(bù)孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存(cún)在的实际证据。那么(me)小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞(zàn)，你的(de)支持(chí)是(shì)我更新的动力(lì)！

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