宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学(xué)家们在过去的(de)几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任(rèn)何的(de)有效证据。除了一(yī)个(gè)地方(fāng)，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有(yǒu)引力定律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的(de)规律。往后的几(jǐ)百年(nián)来，当(dāng)天(tiān)文学家们发现(xiàn)某些(xiē)天体运行轨道出(chū)现(xiàn)异常，不符合万有引力(lì)定(dìng)律的(de)时候(hòu)，他们(men)就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本(běn)勒(lēi)维耶(yé)就通过天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发(fā)现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现(xiàn)都是应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大(dà)天文成就的例子(zi)。但是(shì)这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和(hé)测量后发(fā)星系团的质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的巨大(dà)星(xīng)系(xì)团，这(zhè)些(xiē)星系被引力束(shù)缚(fù)在一起。测量星系团(tuán)的(de)质(zhì)量一般(bān)会使(shǐ)用到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就(jiù)可(kě)以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需要(yào)的数据是测量(liàng)各个星系(xì)的(de)光(guāng)度(dù)。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测(cè)量星系团中的各个星(xīng)系(xì)相对于星系团的运动速度(dù)。当(dāng)测量结果出(chū)来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后(hòu)发座星系团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的(de)过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的速度比理论上要(yào)快得多(duō)，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力(lì)是(shì)无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部(bù)分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是(shì)它(tā)们(men)却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是(shì)当时(shí)的人们(men)对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物质”这个(gè)词才再一(yī)次出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是(shì)他们观(guān)测的结果(guǒ)却让人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着与中心距离的(de)增加，恒星的(de)旋转速(sù)度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当中(zhōng)如(rú)果没有足够大(dà)的质量来吸引它(tā)们，这些(xiē)外(wài)围的恒星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙(zhòu)当(dāng)中了(le)。基于这(zhè)种现象，科学家们会使(shǐ)用(yòng)一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就(jiù)是测量星系当中(zhōng)气(qì)体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不例外(wài)，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系的第(dì)三悬臂(bì)之上(shàng)，距离银河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度(dù)，那(nà)么产生(shēng)以(yǐ)上这种向心加速度的原因很可能(néng)就(jiù)是存在着一种我(wǒ)们看(kàn)不到(dào)的物(wù)质，是这些暗(àn)物质的(de)引力效应将星(xīng)系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始(shǐ)相信暗物质(zhì)的存在。科学家根(gēn)据星系外(wài)恒星轨道的速(sù)度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个(gè)现(xiàn)象的原(yuán)因(yīn)。在一项新的研究当(dāng)中，科学家(jiā)们发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也(yě)会出现(xiàn)速度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另(lìng)外(wài)，天文学家(jiā)还发(fā)现(xiàn)了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银河系(xì)不多(duō)，但(dàn)是(shì)星系当中存在(zài)的恒星数量却只有银(yín)河系(xì)的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星(xīng)运动是(shì)可以(yǐ)用正常(cháng)的物质和力学(xué)定律(lǜ)来解释的。那(nà)么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一种可能(néng)就是(shì)人类对引力的(de)理解还不(bù)够(gòu)全面，引力很可能在(zài)不同尺度(dù)空(kōng)间中的工(gōng)作方式是(shì)不同的，这(zhè)意(yì)味着在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力(lì)之间的(de)相互作(zuò)用则是不(bù)同的方式。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部(bù)场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年蒸馒头开锅多少分钟熟透，蒸馒头开锅多少分钟熟透了的(de)规模上，巨(jù)大的(de)质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这意(yì)味着我(wǒ)们需(xū)要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发(fā)现也让很多人认为暗(àn)物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所(suǒ)没法(fǎ)解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径向距离(lí)为37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们大(dà)部(bù)分的(de)普(pǔ)通(tōng)质量都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞(zhuàng)的(de)时候(hòu)，星际(jì)气(qì)体的相互(hù)作用就会导致温(wēn)度的急(jí)剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位于所(suǒ)有这些气体所在的中(zhōng)间(jiān)区域。那么(me)我(wǒ)们通过什么(me)来验证它的质(zhì)量区域(yù)到底(dǐ)是不(bù)是集中在(zài)中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了(le)宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可(kě)以(yǐ)明显地(dì)看到(dào)很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的(de)形变。其(qí)实(shí)这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲(qū)了，也不(bù)是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的(de)天体和我们(men)地球上的观测(cè)者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质量的(de)东(dōng)西(xī)的(de)引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个(gè)现象就是(shì)引力透镜(jìng)效应。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对(duì)子(zi)弹星系(xì)团(tuán)观测的(de)时候(hòu)，发(fā)现它的大质量(liàng)区域并不是(shì)在中间，而(ér)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(bù)的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气体被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质则直接(jiē)通过了这个(gè)区域，并在两(liǎng)边形成了(le)引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜(jìng)研(yán)究也被认为(wèi)是暗(àn)物质存(cún)在的(de)迄(qì)今为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当中了(le)。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分(fēn)表示(shì)温(wēn)度较高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它们(men)之间的(de)温差只有万分之一(yī)。

科学家们(men)通过(guò)对前景(jǐng)背景分(fēn)离后(hòu)的二(èr)值(zhí)图像进行连通域提取和标记(jì)之后(hòu)发现，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物(wù)质，图(tú)形(xíng)看(kàn)起来不(bù)应该是这(zhè)样(yàng)的，而随(suí)着暗(àn)物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐(fú)射的(de)测(cè)量值，我们需要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解释星(xīng)系当中恒星运动所需(xū)要(yào)的暗物(wù)质比例是一致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就(jiù)很好地解释(shì)了很(hěn)多(duō)不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到(dào)这(zhè)种粒子(zi)的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的(de)实(shí)际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们(men)已经提出了数(shù)十种的假想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实(shí)验方式也不相同。在(zài)过去的(de)几(jǐ)十年当中，人类为了(le)寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地(dì)方(fāng)，意大利(lì)的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验(yàn)室，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学(xué)家(jiā)声称(chēng)观测到了(le)某种信号。经过(guò)了20多年的(de)数据(jù)收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会(huì)在每年(nián)的6月(yuè)份(fèn)达到(dào)峰值，然后在(zài)11月降到最低，而(ér)且在20年当(dāng)中每年(nián)都是(shì)一样。一些科学家认(rèn)为(wèi)这可能(néng)是人类发现暗物质的第一个(gè)直接(jiē)证据(jù)。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质会产生周期性的(de)年度信(xìn)号(hào)呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银河系进行移(yí)动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这意味着我们也(yě)在以(yǐ)这样的(de)速度(dù)在(zài)蒸馒头开锅多少分钟熟透，蒸馒头开锅多少分钟熟透了穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以有半年的(de)时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河系蒸馒头开锅多少分钟熟透，蒸馒头开锅多少分钟熟透了的方(fāng)向是一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是理论上地(dì)球(qiú)穿越(yuè)暗物(wù)质流(liú)最(zuì)快的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好(hǎo)达(dá)到(dào)了最(zuì)慢值。尽管在实际(jì)的情(qíng)况中(zhōng)，太(tài)阳(yáng)系相对银(yín)河(hé)系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这可以用来解(jiě)释，研究(jiū)人员(yuán)们(men)所(suǒ)观测到(dào)的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造成这种年度周(zhōu)期信号(hào)的(de)差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了(le)一(yī)个几乎相同(tóng)的实验室，这里的(de)季节与之前的实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地(dì)球穿过暗物(wù)质流的(de)运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如(rú)果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质(zhì)所存(cún)在的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由(yóu)于这个实验室(shì)刚刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提供相应(yīng)的数据支持(chí)。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这(zhè)台(tái)太(tài)空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但(dàn)它(tā)的(de)宽(kuān)视场仪器提供的(de)视野(yě)是哈勃红外仪(yí)器(qì)的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键(jiàn)的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们(men)只能拭目(mù)以待(dài)了(le)。费米实验(yàn)室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研(yán)究(jiū)发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存在，它(tā)们极(jí)有可(kě)能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个(gè)重要因素。

如(rú)果这一理论(lùn)得到进(jìn)一步的(de)证实，那(nà)么(me)遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会(huì)不会(huì)意味着(zhe)人类并不孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的(de)大前提(tí)是要(yào)先找到暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。那么小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们(men)觉(jué)得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支(zhī)持是(shì)我更新的(de)动力！

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