宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物(wù)质存在(zài)的证据，科学家(jiā)们在过去的(de)几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发(fā)现任何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然哲学(xué)数学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家(jiā)们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符(fú)合万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定(dìng)律的时候，他们(men)就会知道(dào)，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的天体(tǐ)通(tōng)过引力在摄(shè)动它的(de)轨道(dào)。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算(suàn)并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的(de)存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是(shì)应用万有引力定律所(suǒ)取(qǔ)得重大(dà)天文成就的(de)例(lì)子。但是这(zhè)些(xiē)发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上(shàng)升到星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹(zī)威基正在(zài)研(yán)究(jiū)和测量后(hòu)发(fā)星系团的(de)质(zhì)量。这是一个由数千个星系(xì)所(suǒ)组成的(de)巨(jù)大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的(de)质量一般会使(shǐ)用到两种方(fāng)法，当两种方法结果(guǒ)一致，就(jiù)可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其(qí)"光(guāng)度学(xué)的质量(liàng)"，需要(yào)的数(shù)据是(shì)测量各(gè)个星系的光(guāng)度。

第二种是(shì)动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星(xīng)系团中的(de)各个星(xīng)系相对于星系团的运动速度。当测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是(shì)，在测(cè)量速度的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团中很多星系的(de)速度比理论上要(yào)快得多，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产生的引力是(shì)无(wú)法将(jiāng)它们束(shù)缚在星系团内的，它(tā)们(men)早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形(xíng)的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提(tí)出(chū)了这样部(bù)分(fēn)不可见的(de)暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却(què)占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星(xīng)运动。理(lǐ)论(lùn)上(shàng)来说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他(tā)们(men)观测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不(bù)变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如(rú)果没(méi)有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于(yú)这种现象，科学家(jiā)们会(huì)使用一种相对标准的方法来解(jiě)释暗(àn)物质的存(cún)在(zài)，这种方法就是测量(liàng)星系当中(zhōng)气体在X轴上距(jù)离星系中心的(de)距离，以及在(z画的作者是谁 画的作者是高鼎吗ài)Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转速度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认为是(shì)由暗(àn)物质的(de)力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发(fā)现(xiàn)它(tā)们的(de)旋转速度并不符合(hé)牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)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(shí)际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银(yín)河系旋(xuán)转，这个实(shí)际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那(nà)么产生以上这(zhè)种(zhǒng)向心加速(sù)度的(de)原(yuán)因很可能就是存在着一种我们看不到的(de)物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的存(cún)在(zài)。科学(xué)家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释(shì)这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒(héng)星之间，也会(huì)出现速(sù)度(dù)上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文(wén)学家(jiā)还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银河系不(bù)多，但是星系(xì)当(dāng)中存(cún)在的恒星数量却只有银河(hé)系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进的(de)望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的(de)暗物质(zhì)，已经被(bèi)附近(jìn)的另一个大星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近(jìn)没有任何星系存在(zài)。造成这些现象的除了(le)暗物质(zhì)的(de)假说之外，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作(zuò)方式是(shì)不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度(dù)中的(de)天体会沿着(zhe)它们(men)的轨(guǐ)道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星系和(hé)星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作用(yòng)则是不同(tóng)的方式。对于(yú)在星系团之间的相互(hù)作用，科学家还引(yǐn画的作者是谁 画的作者是高鼎吗)入了(le)外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百万(wàn)光年(nián)的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需(xū)要(yào)对现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进(jìn)行修正，这些发现也让很(hěn)多(duō)人认(rèn)为暗物质假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结(jié)。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于(yú)暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的(de)其他的理(lǐ)论证据(jù)，这(zhè)些理论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团所组(zǔ)成，类似(shì)这样的星(xīng)团，它(tā)们大部分的普通(tōng)质量(liàng)都在(zài)星系的气体当中。当(dāng)星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发(fā)生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气(qì)体的相互(hù)作用就会导致温度的(de)急(jí)剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质(zhì)量将位于所有(yǒu)这些气体所在的(de)中间(jiān)区域。那么(me)我们通(tōng)过什(shén)么来(lái)验证它的(de)质量(liàng)区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第(dì)一张全彩的高(gāo)清照片(piàn)，在照片中我们可(kě)以明显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了(le)什么(me)问题，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质(zhì)量超级(jí)巨大的天体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量(liàng)的(de)东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发(fā)现它的大(dà)质量区域并不(bù)是在中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就(jiù)是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接(jiē)通过了(le)这个区(qū)域，并在两边(biān)形(xíng)成(chéng)了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究(jiū)也(yě)被认为是(shì)暗物质存在的(de)迄(qì)今(jīn)为(wèi)止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿年(nián)之后，这些(xiē)光在宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留(liú)下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红色的部(bù)分表(biǎo)示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对(duì)较(jiào)冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的(de)温差只(zhǐ)有万(wàn)分之一。

科学家们通过(guò)对前景(jǐng)背景(jǐng)分离(lí)后的(de)二值(zhí)图(tú)像进行连(lián)通域提取(qǔ)和标记之(zhī)后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微(wēi)波背(bèi)景辐射的测量值，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质大约(yuē)是普通物质的(de)5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释星系(xì)当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需(xū)要的暗物质比(bǐ)例是一致的(de)。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架(jià)，就很好地解释了(le)很多(duō)不同的(de)观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质(zhì)的(de)本质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子(zi)，它们(men)不(bù)参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果能够找到(dào)这(zhè)种粒子的(de)存在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了(le)暗物质存在(zài)的实(shí)际证据。这种粒子到(dào)底是什(shén)么？科学(xué)家们已经提出了(le)数十种的假想目(mù)标，而要寻(xún)找这些不(bù)同的(de)目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过(guò)去的几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中(zhōng)，人类为了寻(xún)找这(zhè)些看不见、摸(mō)不到，几乎不(bù)会与常规物质相(xiāng)互作用的(de)“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了(le)超过(guò)50次的实验，却(què)没有任何实质性的发(fā)现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下(xià)1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地球上最大的(de)地学实验(yàn)室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里(lǐ)的(de)科学家声称观测(cè)到了某种信(xìn)号。经(jīng)过(guò)了20多年的数据收(shōu)集，人(rén)们发现(xiàn)了(le)一个有趣的事情。探测(cè)率会在(zài)每年的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到(dào)最低(dī)，而且在(zài)20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科(kē)学家认(rèn)为(wèi)这可(kě)能是人(rén)类(lèi)发现暗(àn)物质(zhì)的(de)第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生(shēng)周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳(yáng)系正(zhèng)在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移(yí)动，那(nà)么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这(zhè)意(yì)味(wèi)着(zhe)我们也(yě)在以这(zhè)样的速(sù)度在穿越着(zhe)暗(àn)物质流(liú)，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以有半年的(de)时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕(rào)银河系的方向是一致(zhì)的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在(zài)6月份的(de)时候，地球(qiú)与太阳的(de)方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽管在实际(jì)的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系的(de)平面(miàn)呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并不(bù)影响这个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人员们所观(guān)测到的周期性信号。当然也可能有其他(tā)的情况(kuàng)，造成这种年度周(zhōu)期信号的(de)差异(yì)也(yě)可能是温(wēn)度、湿度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的积(jī)雪，甚至连意(yì)大(dà)利(lì)游客的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在(zài)南半球建(jiàn)立了(le)一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季(jì)节与之前的实验(yàn)室正好(hǎo)相(xiāng)反，而(ér)在这里，地(dì)球穿过(guò)暗物质流的运动(dòng)特征和第一(yī)个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截(jié)至目前还(hái)无法提供相应(yīng)的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的(de)望(wàng)远镜，这台(tái)太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外(wài)仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于(yú)探测(cè)的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科(kē)学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发(fā)现，如果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生命的(de)诞生，或者说是生命进(jìn)化(huà)的(de)一个(gè)重要因(yīn)素。

如(rú)果(guǒ)这一理论(lùn)得到进一步的(de)证实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物质(zhì)会(huì)不会意味着人类(lèi)并不孤单(dān)呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个(gè)角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要先找到(dào)暗(àn)物质存在的(de)实(shí)际证据。那(nà)么小伙伴们(men)，你们觉得暗物(wù)质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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