宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法(fǎ)解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什(shén)么？人类(lèi)为(wèi)了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在(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(zhǎng)期(qī)实验，但是却没有发现任何(hé)的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数(shù)学(xué)原理一书中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们发(fā)现某些(xiē)天体运行轨(guǐ)道出现异(yì)常(cháng)，不符合(hé)万有引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一定有未知(zhī)的天(tiān)体通过引力(lì)在摄动它(tā)的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行(xíng)轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是(shì)应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但(dàn)是这些发(fā)现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是(shì)星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威(wēi)基(jī)正(zhèng)在研究和测(cè)量(liàng)后发星系团(tuán)的质量。这是(shì)一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚(fù)在一起。测(cè)量(liàng)星(xīng)系团的质量一般会使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种方(fāng)法结果(guǒ)一致(zhì)，就(jiù)可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是(shì)测量(liàng)各(gè)个星系的光度。

第二种是(shì)动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团中的(de)各个星系相对于星系团的运动(dòng)速度。当测(cè)量结果出来(lái)之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然是(shì)“光度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消(xiāo)失(shī)了(le)，或者(zhě)说这99%的质xl是多大码的衣服 xl可以穿到多少斤量并不以可(kě)见光(guāng)的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团中很多星系的(de)速(sù)度(dù)比理论上要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的(de)质(zhì)量(liàng)所产生的引(yǐn)力是(shì)无(wú)法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系(xì)团之外了，除(chú)非有(yǒu)一(yī)种神秘的力(lì)量(liàng)在起(qǐ)作用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不(bù)发散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分(fēn)的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的(de)人(rén)们对这(zhè)样的(de)一种说(shuō)法不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星(xīng)运动(dòng)。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离中心越(yuè)远的(de)恒星在其(qí)轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们(men)观测的(de)结果却让人感到(dào)不可(kě)思议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的增(zēng)加，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎保持不变。可(kě)是根(gēn)据(jù)牛(niú)顿的万有引力定(dìng)律，在星(xīng)系当中如果没(méi)有(yǒu)足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒(héng)星早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法来(lái)解释暗物质(zhì)的存(cún)在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距(jù)离星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果(guǒ)出(chū)现(xiàn)异常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗物质的力(lì)量进入(rù)其中。

于是(shì)科学(xué)家(jiā)们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星(xīng)系中心更(gèng)远距离的氢(qīng)元素，发(fā)现它们(men)的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学(xué)定(dìng)律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离银(yín)河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速(sù)度(dù)应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速度的原因很可能就是存(cún)在(zài)着一种我们看不(bù)到的物质，是这些暗(àn)物质的引(yǐn)力(lì)效(xiào)应(yīng)将星系聚集在了一(yī)起。

也(yě)是从(cóng)这(zhè)时开始(shǐ)，越(yuè)来越多(duō)的研究人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在(zài)星系当(dāng)中暗物(wù)质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一(yī)可(kě)以解释(shì)这个现象(xiàng)的(de)原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力(lì)效应的(de)遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还发(fā)现(xiàn)了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银河系(xì)不多，但(dàn)是(shì)星系当中存(cún)在的恒星数量却只有(yǒu)银(yín)河(hé)系的千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了(le)40个小时的(de)详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常(cháng)的物质和力学(xué)定律来解释(shì)的。那么又有人提(tí)出，也许(xǔ)该星系的暗(àn)物(wù)质，已(yǐ)经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它(tā)的附近(jìn)没有任何(hé)星系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的(de)假说(shuō)之(zhī)外，另一(yī)种可能就(jiù)是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在不(bù)同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解的(de)方式运动(dòng)。但是上升到星系(xì)和星(xīng)团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则(zé)是不同的方式。对(duì)于在星系团之间(jiān)的相(xiāng)互作用，科学(xué)家还引入了外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万光(guāng)年的规模上，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会(huì)产生对(duì)彼此特殊的效(xiào)果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们需(xū)要对现在的物(wù)理(lǐ)定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很多人认为(wèi)暗物(wù)质假(jiǎ)说理论(lùn)就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关(guān)于暗(àn)物质存(cún)在(zài)的其他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部(bù)分的(de)普通质(zhì)量都在(zài)星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际(jì)气体(tǐ)的(de)相(xiāng)互作用就会导致温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团大(dà)部分的质量将位(wèi)于所有这(zhè)些气体所(suǒ)在(zài)的(de)中(zhōng)间区域。那(nà)么我们通过(guò)什么来验证它的质量区域到底是(shì)不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片(piàn)，在照片中我们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大(dà)的形变。其实(shí)这些星系(xì)本身并不是真的被扭(niǔ)曲(qū)了(le)，也不(bù)是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而(ér)是(shì)这样极(jí)遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一(yī)个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的(de)东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系(xì)的(de)光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应(yīng)。这个巨大(dà)的(de)天体可能是(shì)超大质(zhì)量的黑(hēi)洞或者是暗物(wù)质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观测的时候，发(fā)现它的大(dà)质(zhì)量(liàng)区域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团(tuán)发生全(quán)部的碰撞时，可(kě)被观测到(dào)的质(zhì)量(liàng)气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通过了这个(gè)区域(yù)，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗(àn)物质存(cún)在的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有(yǒu)来自(zì)宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光(guāng)终于(yú)可(kě)以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上留(liú)下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区(qū)域，蓝色(sè)则表示相对较冷(lěng)的区域(yù)，但实际上它们之(zhī)间(jiān)的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们(men)通过对前景背景分(fēn)离后(hòu)的二值图像进(jìn)行(xíng)连通(tōng)域提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应(yīng)该是(shì)这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致(zhì)的。这(zhè)就意(yì)味着。

用了一个(gè)简单(dān)的理论框架，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着某种类型的粒(lì)子(zi)，它们不参与任何其他的(de)电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力(lì)来相互(hù)作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的(de)存在，就相当于找到了(le)暗物质(zhì)存在的(de)实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学(xué)家们已经(jīng)提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不同的目(mù)标(biāo)粒(lì)子所(suǒ)需要的实(shí)验方式也(yě)不相(xiāng)同。在过(guò)去的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却(què)没有任何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意(yì)大(dà)利的格(gé)兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球(qiú)上(shàng)最大的(de)地学(xué)实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家(jiā)声称观测到了(le)某种(zhǒng)信号。经过了20多年的(de)数据收(shōu)集，人们发(fā)现了一(yī)个有趣的(de)事(shì)情(qínxl是多大码的衣服 xl可以穿到多少斤g)。探测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到(dào)最低(dī)，而且(qiě)在20年当(dāng)中(zhōng)每年都是一(yī)样(yàng)。一些科学(xué)家认为这可能(néng)是(shì)人类发现暗(àn)物(wù)质的(de)第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周(zhōu)期性的年度信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速(sù)度(dù)围绕着银河系进行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我们也在(zài)以这样的(de)速度在穿(chuān)越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河系(xì)的方向是一(yī)致的，而(ér)另外半年(nián)则与(yǔ)之相(xiāng)反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一(yī)致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越(yuè)暗物质(zhì)流最(zuì)快的时(shí)段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢值。尽管在实(shí)际的(de)情况(kuàng)中，太(tài)阳(yáng)系相(xiāng)对银河系的平面呈现了(le)60度的(de)倾斜，但是这并不(bù)影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这可以用(yòng)来解(jiě)释，研(yán)究人员们所观测到的(de)周期(qī)性(xìng)信(xìn)号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客(kè)的数(shù)量也(yě)符合这(zhè)个周期(qī)的(de)规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南(nán)半球建立了一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之(zhī)前的实(shí)验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物(wù)质(zhì)流(liú)的运动特征和第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的(de)非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了(le)。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无法提(tí)供相应的数据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个(gè)关键的用途(tú)就是探(tàn)索暗物质(zhì)背后的奥(ào)秘(mì)，对(duì)于探测的结(jié)果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效(xiào)应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一(yī)步的(de)证(zhèng)实，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗(àn)物质会不会意味(wèi)着人(rén)类并不(bù)孤单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这(zhè)样(yàng)的效应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这些(xiē)推论的大(dà)前提(tí)是(shì)要(yào)先找到暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的(de)实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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