宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造”的？为(wèi)何会存在(zài)科(kē)学无法解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物(wù)质存在的证据(jù)，科学家们(men)在过去的几十年当中进(jìn)行(xíng)了超(chāo)过50次的长期实验(yàn)，但是却(què)没有发(fā)现任(rèn)何的有(yǒu)效(xiào)证(zhèng)据。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出版的自然(rán)哲学数学原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动(dòng)的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文(wén)学(xué)家们发(fā)现(xiàn)某些天体运行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律的时候，他们(men)就会(huì)知道(dào)，周围一(yī)定有未(wèi)知的天体通(tōng)过引力(lì)在摄动它的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了海王星的(de)存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都(dōu)是(0031是哪个国家的区号啊，00371是哪个国家的区号shì)应用万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得重大天文(wén)成就的(de)例(lì)子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到(dào)星(xīng)系或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度(dù)，事情就(jiù)开始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测(cè)量后发(fā)星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的(de)巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的质量一般会使(shǐ)用(yòng)到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可(kě)以确定其质量的(de)范围。

第(dì)一(yī)种是(shì)获得其"光度学(xué)的质量"，需要的(de)数据(jù)是测量各个(gè)星系的光度(dù)。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测(cè)量(liàng)星系团中的(de)各个星系相对于星系团(tuán)的运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系(xì)的速度比理论上(shàng)要(yào)快得多，按照牛顿的(de)运动学(xué)定(dìng)律，仅(jǐn)靠(kào)这些可(kě)见星(xīng)系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们(men)早就应(yīng)该被抛出(chū)星系团之(zhī)外了，除非(fēi)有一种神秘(mì)的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基(jī)提出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对这样的一(yī)种说法(fǎ)不(bù)屑(xiè)一顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福(fú)特(tè)在观测(cè)仙女座(zuò)星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星(xīng0031是哪个国家的区号啊，00371是哪个国家的区号)在其轨道上的运行速度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他(tā)们观(guān)测的(de)结果却让人(rén)感到(dào)不(bù)可思议。

随着(zhe)与中心距(jù)离的(de)增加(jiā)，恒(héng)星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当(dāng)中如(rú)果没(méi)有(yǒu)足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些(xiē)外围的(de)恒星早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于这种现象(xiàng)，科(kē)学家们会使用(yòng)一(yī)种相对标准的方法(fǎ)来解释(shì)暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测量星系当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于(yú)是(shì)科学(xué)家(jiā)们(men)通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距离星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定(dìng)律。我(wǒ)们(men)的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系(xì)的(de)运行速度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河(hé)系旋(xuán)转，这个(gè)实际(jì)速度(dù)远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这(zhè)种向(xiàng)心(xīn)加速度的原因很可能(néng)就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗(àn)物质的引力(lì)效应(yīng)将星系聚集在(zài)了(le)一起。

也是从这时开(kāi)始，越来(lái)越多(duō)的研(yán)究人(rén)员开始相(xiāng)信暗(àn)物质的(de)存在。科(kē)学家根(gēn)据星系(xì)外(wài)恒星轨(guǐ)道的(de)速度(dù)，估算在星系当中暗(àn)物(wù)质的质(zhì)量占(zhàn)整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当(dāng)中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不(bù)多(duō)，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量却只有银(yín)河(hé)系的千分之一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存(cún)在暗(àn)物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学(xué)家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个(gè)小时的详细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星运动是可以用正常(cháng)的物质(zhì)和力学定律来(lái)解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系的(de)暗(àn)物质，已经(jīng)被附(fù)近的另一个(gè)大(dà)星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何(hé)星(xīng)系存在。造成这些现象的除了暗(àn)物质(zhì)的(de)假说(shuō)之外，另一(yī)种可(kě)能就(jiù)是人(rén)类对引(yǐn)力的理解还不(bù)够全(quán)面，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的工作方式是不(bù)同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它(tā)们的轨道(dào)，按照(zhào)我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和(hé)星团的(de)尺(chǐ)度(dù)，引力之间的相(xiāng)互作用则是不(bù)同的(de)方(fāng)式。对于在星(xīng)系团之间的(de)相互作用，科(kē)学家还引入了(le)外(wài)部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年(nián)的规(guī)模(mó)上，巨大(dà)的(de)质量(liàng)之间会产生对彼(bǐ)此特殊的(de)效(xiào)果，这(zhè)个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对(duì)现在的物(wù)理定(dìng)律进(jìn)行修正，这些发(fā)现(xiàn)也让很多(duō)人认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其他的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星(xīng)系团所组(zǔ)成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星(xīng)团(tuán)以1000万公(gōng)里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致(zhì)温度的急(jí)剧升高，速度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所有这些气体所在的中间区(qū)域(yù)。那么我(wǒ)们通过什么来验证它的质量(liàng)区(qū)域到底是不是(shì)集中在(zài)中(zhōng)间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高(gāo)清(qīng)照(zhào)片(piàn)，在照片中我们可以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其(qí)实(shí)这些星系本身(shēn)并不是(shì)真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦伯望远(yuǎn)镜出了什(shén)么问(wèn)题，而(ér)是这样(yàng)极遥远的(de)天(tiān)体和我们(men)地球上(shàng)的观测者之间。被(bèi)一(yī)个质(zhì)量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们(men)对子(zi)弹星(xīng)系(xì)团观测(cè)的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的(de)解释方法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观(guān)测到的质(zhì)量气体被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质则直(zhí)接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研(yán)究也被(bèi)认(rèn)为是暗物质存(cún)在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来(lái)自(zì)宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年(nián)之后，可见光(guāng)终于(yú)可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿(yì)年之(zhī)后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙空(kōng)间背景(jǐng)上(shàng)留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部(bù)分表(biǎo)示(shì)温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差(chà)只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连(lián)通域提取和标(biāo)记之后(hòu)发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物(wù)质，图形看起来(lái)不应该是(shì)这样(yàng)的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测(cè)量值，我们需要的(de)暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的(de)暗物质(zhì)比例是(shì)一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了(le)很多不(bù)同的(de)观测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用(yòng)，只(zhǐ)通过引力(lì)来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到(dào)这(zhè)种粒子的存(cún)在(zài)，就相当于(yú)找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存在的实际(jì)证(zhèng)据。这(zhè)种粒子(zi)到底是什么？科学家们已经提(tí)出了数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不(bù)同的目标粒子所需要(yào)的(de)实验方式(shì)也不相同。在(zài)过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不(bù)到(dào)，几(jǐ)乎不会与常规(guī)物质相互作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经进行了(le)超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学(xué)实验(yàn)室(shì)，这个实(shí)验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家(jiā)声称观测到了某(mǒu)种信号(hào)。经过了20多年的(de)数据收集，人(rén)们发现(xiàn)了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然(rán)后在11月降(jiàng)到(dào)最(zuì)低，而且在20年当中每(měi)年都(dōu)是一样。一(yī)些(xiē)科学家认为这可能是人类发现暗(àn)物质的第(dì)一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳(yáng)系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如(rú)果暗物(wù)质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流(liú)，这个过程中会产生相(xiāng)应(yīng)的振荡(dàng)，同时(shí)地(dì)球又以30公里/秒的(de)速(sù)度围绕太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的时间(jiān)，地(dì)球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳(yáng)环(huán)绕银河系的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全(quán)一致，这(zhè)是理论(lùn)上(shàng)地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的(de)情况中，太阳系相对银河(hé)系的(de)平(píng)面(miàn)呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此(cǐ)科学(xué)家(jiā)认(rèn)为这可以用(yòng)来解释，研究(jiū)人员们(men)所观(guān)测到的周期性(xìng)信号(hào)。当然也可(kě)能有其他的(de)情况(kuàng)，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的(de)水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也(yě)符(fú)合这个周期的(de)规(guī)律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立(lì)了(le)一(yī)个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正(zhèng)好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一(yī)个(gè)实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在(zài)的(de)非(fēi)常有力(lì)的证据了。但(dàn)是由于这个实(shí)验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应(yīng)的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途(tú)就(jiù)是探索暗物质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探(tàn)测的(de)结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的(de)科(kē)学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和(hé)贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研(yán)究发(fā)现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在(zài)，它们极有可(kě)能(néng)拥(yōng)有另一种神秘(mì)的(de)效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论(lùn)得到进一步(bù)的证实，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物质会(huì)不会意味(wèi)着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个(gè)角落(luò)的(de)行(xíng)星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当(dāng)然(rán)，这(zhè)些推论的大前提(tí)是要(yào)先(xiān)找到暗物质(zhì)存(cún)在的实际(jì)证据。那么小伙伴们(men)，你(nǐ)们(men)觉(jué)得暗(àn)物质到(dào)底存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支持是我更新(xīn)的(de)动力！

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