宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”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？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在的证(zhèng)据，科(kē)学家(jiā)们在过去的几十年当中(zhōng)进(jìn)行了(le)超过50次的长期(qī)实验，但是却没有发(fā)现任何(hé)的(de)有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学数学(xué)原理(lǐ)一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的(de)几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异(yì)常，不(bù)符(fú)合万有引力定(dìng)律的时(shí)候(hòu)，他们就会(huì)知道，周围一(yī)定有未知(zhī)的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过(guò)天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推算并且发现(xiàn)了(le)海(hǎi)王星的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有(yǒu)引(yǐn)力定律所取得重大天文(wén)成就的例子(zi)。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在(zài)恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数(shù)千个(gè)星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的范围(wéi)。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据是测(cè)量(liàng)各个星系的(de)光度。

第二种是(shì)动力学质量(liàng)的计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系相对于星(xīng)系团的运(yùn)动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学(xué)质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的(de)400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并不以可见光的形(xíng)式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的(de)过程中，兹(zī)威基发现星(xīng)系团中很多(duō)星系的速度比理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系(xì)的质量所产生的引力是无(wú)法将它们束缚在(zài)星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系团之(zhī)外了(le)，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当时的人们对(duì)这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的(de)恒星在其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是(shì)他们观测的结(jié)果却让(ràng)人感(gǎn)到(dào)不可思议(yì)。

随着(zhe)与中心距(jù)离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没(méi)有足够大的质量来(lái)吸引(yǐn)它(tā)们，这些外(wài)围的恒(héng)星(xī80寸电视机长和宽大概是多少厘米的，80寸电视的长和宽分别是多少厘米ng)早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一种相对标准(zhǔn)的(de)方(fāng)法来解释暗物(wù)质的存在，这(zhè)种方(fāng)法就是测量星系(xì)当中气体在(zài)X轴(zhóu)上(shàng)距离星(xīng)系中心的距离(lí)，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异常的(de)结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过射电(diàn)望远镜测(cè)量了距离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离的氢(qīng)元(yuán)素(sù)，发(fā)现它(tā)们的旋转速度并不(bù)符(fú)合(hé)牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系(xì)的(de)第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕(rào)银河系(xì)旋转，这个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理(lǐ)论速(sù)度，那(nà)么产生(shēng)以上这种向心加速度的原(yuán)因很可能就是存(cún)在着一种(zhǒng)我们(men)看不到的物(wù)质，是这些(xiē)暗物质的引力效(xiào)应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是(shì)从这(zhè)时(shí)开始，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根(gēn)据(jù)星系外(wài)恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算在(zài)星系(xì)当中(zhōng)暗(àn)物(wù)质的(de)质量占整个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在(zài)一项新的研(yán)究(jiū)当中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的(de)微小差(chà)异。另外，天文学家(jiā)还发(fā)现了一个反常(cháng)的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是(shì)星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存(cún)在暗物质，否(fǒu)则(zé)就(jiù)会分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了(le)40个小时的详细测(cè)量之(zhī)后，发现星系中的(de)恒星运(yùn)动是可以用正常(cháng)的(de)物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该星系的暗物质(zhì)，已经被附(fù)近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没(méi)有任何(hé)星系存在。造(zào)成这(zhè)些现象(xiàng)的除(chú)了暗物(wù)质的假说之(zhī)外，另一种可能(néng)就是人类对引力的(de)理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式(shì)运(yùn)动(dòng)。但是上(shàng)升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间(jiān)的相互作用则(zé)是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了(le)外(wài)部场效应的概念(niàn)，指的是在数(shù)百万光年的(de)规模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意(yì)味着(zhe)我们需(xū)要(yào)对现在的物理定律进行修正，这些发现也(yě)让(ràng)很多人认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物(wù)质(zhì)存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论(lùn)所没(méi)法(fǎ)解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的(de)星系团(tuán)所组成，类似这样的(de)星团，它们大部分的普通(tōng)质(zhì)量都在(zài)星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候(hòu)，星际(jì)气体的相(xiāng)互(hù)作用就(jiù)会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大(dà)部分的质量(liàng)将位(wèi)于(yú)所有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我(wǒ)们(men)通过什么来验(yàn)证它(tā)的质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的(de)高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看(kàn)到很多星系似(shì)乎(hū)被(bèi)拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本(běn)身并(bìng)不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什(shén)么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上的(de)观测者之(zhī)间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹(dàn)星(xīng)系团观测的时(shí)候(hòu)，发现它(tā)的大(dà)质量(liàng)区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星(xīng)团(tuán)发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的(de)质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在两边形成了(le)引力透镜。对(duì)子弹(dàn)星系团的(de)引力透(tòu)镜(jìng)研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最(zuì)好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙空(kōng)间(jiān)背景上留(liú)下(xià)了各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们之间的(de)温差(chà)只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前(qián)景(jǐng)背景分离后的(de)二值图像进行连通(tōng)域(yù)提(tí)取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物(wù)质，图形看起来(lái)不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看(kàn)起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值(zhí)，我们需要的(de)暗物质(zhì)大约是(shì)普(pǔ)通(tōng)物质的(de)5倍。这个(gè)数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的(de)暗物质比例是一致(zhì)的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单(dān)的(de)理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地(dì)解(80寸电视机长和宽大概是多少厘米的，80寸电视的长和宽分别是多少厘米jiě)释了很多不同的观测结(jié)果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不参与任何(hé)其他(tā)的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子(zi)的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物(wù)质(zhì)存在的实(shí)际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么(me)？科学家们(men)已经提出(chū)了(le)数十种的假想目标，而要寻找这些不同的(de)目标(biāo)粒子所需要(yào)的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎不会与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的(de)发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处的地下(xià)矿井当中，藏(cáng)着地(dì)球上最大的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层(céng)楼高的探测器，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家(jiā)声称观测到了(le)某种信号(hào)。经过了20多年(nián)的(de)数据(jù)收集，人们(men)发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的(de)6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到(dào)最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗(àn)物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕着银河系(xì)进(jìn)行移动，那么如(rú)果暗物(wù)质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味(wèi)着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是(shì)一致的，而另外半年则(zé)与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全一(yī)致(zhì)，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对(duì)银(yín)河系(xì)的平(píng)面呈(chéng)现了60度(dù)的(de)倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的(de)有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用来解释(shì)，研(yán)究人员们所观(guān)测到(dào)的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度(dù)周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数(shù)量也(yě)符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立了一(yī)个几乎相同的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质流(liú)的(de)运动特征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在(zài)这里可(kě)以得到相同(tóng)的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了(le)。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前(qián)还无法提(tí)供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视(shì)野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途(tú)就是探索(suǒ)暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实(shí)验(yàn)室(shì)粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥(yōng)有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效应(yīng)，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一(yī)理论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的(de)暗(àn)物质会不会意味着人类(lèi)并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的行(xíng)星上，暗物质正在(zài)通(tōng)过这(zhè)样的效(xiào)应(yīng)创造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大(dà)前提是要先(xiān)找到暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存(cún)在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新(xīn)的动力！

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