宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类(lèi)为了(le)寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的证据(jù)，科(kē)学家(jiā)们在(zài)过去的几十年(nián)当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却(què)没有(yǒu)发(fā)现任(rèn)何的有效证据。除(chú)了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一书(shū)中(zhōng)，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表了万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动(dòng)的规律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年(nián)来(lái)，当(dāng)天文(wén)学家们发现某些天(tiān)体运行(xíng)轨(guǐ)道出现(xiàn)异常(cháng)，不(bù)符合万(wàn)有引力定律(lǜ)的时候，他们就会(huì)知道，周围(wéi)一(yī)定有(yǒu)未知(zhī)的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海(hǎi)王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是(shì)应用(yòng)万有引力(lì)定(dìng)律所取得(dé)重大天文成就的例(lì)子。但(dàn)是这(zhè)些发(fā)现都是在(zài)恒星系统(tǒng)的尺度当中，可(kě)当我们上升(shēng)到星系或者是星团的尺度(dù)，事情就开始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在研究(jiū)和(hé)测(cè)量后发星系团的质量。这是一个(gè)由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力(lì)束缚在(zài)一(yī)起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量一般会(huì)使用到两种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学(xué)质(zhì)量(liàng)的计算，是利(lì)用光谱(pǔ)红(hóng)移测量(liàng)星系团(tuán)中的各个星系(xì)相对于星系团的(de)运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动(dòng)力学质量”竟然是(shì)“光(guāng)度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座星系(xì)团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失(shī)了，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测(cè)量速度(dù)的(de)过(guò)程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团(tuán)中很多星系的(de)速(sù)度比理论上要快得多(duō)，按(àn)照牛顿的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星系的质量(liàng)所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛出(chū)星系(xì)团之(zhī)外了(le)，除(chú)非有一种神(shén)秘的力量在(zài)起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某(mǒu)种隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它(tā)们却占据(jù)着宇宙中绝(jué)大部(bù)分的质量(liàng)。只是当时(shí)的人们对(duì)这样的一种说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天(tiān)文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特福(fú)特在(zài)观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的(de)运(yùn)行速度就会(huì)越慢(màn)。但是他(tā)们观测(cè)的结果却(què)让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足(zú)够大的质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这(zhè)些外围(wéi)的(de)恒(héng)星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科(kē)学(xué)家(jiā)们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存(cún)在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上距(jù)离星(xīng)系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出(chū)现异常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物(wù)质的(de)力量进(jìn)入(rù)其中。

于(yú)是科(kē)学家们(men)通过射电望远镜测量了距离星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们(men)的旋转速(sù)度(dù)并不符合牛(niú)顿的力(lì)学定(dìng)律。我们的太阳系也不(bù)例(lì)外，太阳系位于银河(hé)系的(de)第三悬臂(bì)之上(shàng)，距离(lí)银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算(suàn)，太(tài)阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个(gè)实际(jì)速度远远大于理论速(sù)度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的原因很可(kě)能(néng)就是存(cún)在着(zhe)一种我们(men)看不到的(de)物(wù)质，是这(zhè)些暗物质的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚(jù)集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系(xì)外恒(héng)星轨(guǐ)道的(de)速度(dù)，估算在星系当(dāng)中暗(àn)物质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这(zhè)个(gè)现(xiàn)象的原因。在一(yī)项新(xīn)的研究当中，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度(dù)上的(de)微(wēi)小差(chà)异(yì)。另外，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了一(yī)个(gè)反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多(duō)，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星(xīng)系必(bì)须存在(zài)暗物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析。但是科学(xué)家们(men)使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的(de)恒星运动是可(kě)以用正(zhèng)常的(de)物质和力学定律来解(jiě)释的(de)。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附近没(méi)有任何星系存(cún)在(zài)。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假说之(zhī)外(wài)，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人类对(duì)引力的理解(jiě)还不够(gòu)全面(miàn)，引(yǐn)力很(hěn)可能在(zài)不同尺度空(kōng)间中(zhōng)的工(gōng)作方式是不(b上海市中心是哪个区最繁华，上海市中心是哪个区？ù)同的，这意(yì)味着在行星系尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间的(de)相互作(zuò)用则是(shì)不同的方式。对于在星(xīng)系(xì)团之间的相互(hù)作用，科(kē)学家(jiā)还引入了(le)外部场效应的概念，指的(de)是在(zài)数百万光年的(de)规模上，巨(jù)大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们(men)需要对现在(zài)的(de)物理定(dìng)律进行修正，这些发现也(yě)让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗(àn)物(wù)质存在的其(qí)他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的(de)子弹星系团，由两个(gè)碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的(de)时候(hòu)，星(xīng)际气体的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分的质量将位(wèi)于(yú)所有这些气体所在的(de)中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量(liàng)区域(yù)到底是不(bù)是集(jí)中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以明(míng)显地(dì)看(kàn)到(dào)很多(duō)星系(xì)似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的(de)形变(biàn)。其实这些星系本身(shēn)并(bìng)不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯(bó)望远镜出(chū)了什么问题，而是这样极(jí)遥(yáo)远的(de)天(tiān)体(tǐ)和(hé)我(wǒ)们(men)地(dì)球上的观测者(zhě)之(zhī)间。被一(yī)个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象(xiàng)就(jiù)是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是(shì)暗物质(zhì)。

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(bìng)不是(shì)在(zài)中间，而是在(zài)两侧。所以最好的(de)解释(shì)方法就是当(dāng)星(xīng)团发生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可被(bèi)观测到的质(zhì)量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中间，暗物质则(zé)直(zhí)接通过了这个区(qū)域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为(wèi)是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的(de)理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之(zhī)后，可(kě)见光(guāng)终于可以畅通(tōng)无(wú)阻地(dì)穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了(le)各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温度较(jiào)高的区(qū)域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相(xiāng)对较(jiào)冷的区域，但实(shí)际(jì)上它们之间的(de)温差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后的二值(zhí)图像(xiàng)进(jìn)行(xíng)连通(tōng)域提(tí)取和标(biāo)记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不(bù)应(yīng)该(gāi)是这样的(de)，而随着暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的(de)暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需(xū)要(yào)的暗物(wù)质比例(lì)是(shì)一致的。这(zhè)就(jiù)意(yì)味着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的(de)理论框架，就(jiù)很好地解释(shì)了很多不同(tóng)的观测结(jié)果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的(de)电磁(cí)作用，只通过引力(lì)来相互作用。所以如果能够找到(dào)这(zhè)种粒(lì)子的(de)存在，就相当于(yú)找到了(le)暗(àn)物(wù)质存在的实际(jì)证据(jù)。这(zhè)种粒子到底是(shì)什(shén)么(me)？科学家们(men)已经(jīng)提(tí)出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年(nián)当(dāng)中，人类为了寻(xún)找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相(x上海市中心是哪个区最繁华，上海市中心是哪个区？iāng)互作用(yòng)的(de)“暗物(wù)质”，科(kē)学家(jiā)们已经进行(xíng)了超过50次(cì)的实(shí)验，却没(méi)有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼(lóu)高的探(tàn)测(cè)器，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒(lì)子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的(de)科学家声(shēng)称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一(yī)个有趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会在每年的(de)6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年都是(shì)一样。一些科学家认为这可(kě)能是人类发现暗物质的第一个(gè)直接证据(jù)。

但是为什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生(shēng)周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了(le)太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我们(men)也在以这样的速度在(zài)穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生相应(yīng)的(de)振荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太(tài)阳环(huán)绕银(yín)河系的(de)方向是一致的，而另(lìng)外半年(nián)则与之相反。

而(ér)在6月份的(de)时(shí)候，地球与太阳的(de)方向(xiàng)正好达(dá)到完全一致，这是(shì)理论(lùn)上地球穿越暗物质流(liú)最快的(de)时(shí)段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河(hé)系的(de)平面呈(chéng)现了60度的(de)倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为这可以(yǐ)用来解释，研究人(rén)员们(men)所观测到(dào)的周期性(xìng)信号。当然也可能(néng)有(yǒu)其他的情况，造成(chéng)这(zhè)种年度周(zhōu)期信号的(de)差异也可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客(kè)的数量也符(fú)合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立(lì)了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗(àn)物(wù)质流的(de)运动特(tè)征和第(dì)一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在(zài)的非(fēi)常(cháng)有力的(de)证据(jù)了(le)。但是(shì)由于这个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台(tái)太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的(de)视野(yě)是哈勃红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键(jiàn)的用途(tú)就是(shì)探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了。费(fèi)米实(shí)验室粒(lì)子天体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞生，或(huò)者说是生命(mìng)进化(huà)的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一(yī)步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这(zhè)样的效应创造生(shēng)命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们(men)觉(jué)得暗(àn)物质到底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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