宇(yǔ)宙是“人为制造(zào)”的？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在(zài)的(de)证据(jù)，科(kē)学家(jiā)们在(zài)过(guò)去的几十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任(rèn)何(hé)的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出版的(de)自然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力(lì)定律，它(tā)揭示了宇宙中(zhōng)天体运动(dòng)的规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发(fā)现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定(dìng)有未知的(de)天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运(yùn)行(xíng)轨道(dào)的异常，推(tuī)算并(bìng)且发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是(shì)应用万有引力(lì)定(dìng)律所取得(dé)重大天文成就的(de)例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可(kě)当我们上(shàng)升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发(fā)星系团的质量。这是一个由(yóu)数千(qiān)个(gè)星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星(xīng)系(xì)被引力束缚在一(yī)起。测量星(xīng)系团的质量一般会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果(guǒ)一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各(gè)个星系的(de)光度。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中(zhōng)的(de)各个星系相对于(yú)星系团(tuán)的运动速(sù)度。当测量结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们(men)无法(fǎ)看到(dào)。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很(hěn)多星系的(de)速度比理论上要快得(dé)多(duō)，按照(zhào)牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星(xīng)系的(de)质量(liàng)所产生的引力(lì)是无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在(zài)星系团内的，它们早就应(yīng)该被(bèi)抛出星(xīng)系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的(de)力量(liàng)在(zài)起(qǐ)作用，这(zhè)种力(lì)量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这(zhè)样部分不可见的(de)暗质(zhì)，它(tā)不发散光(guāng)、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它们(men)却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们(men)对这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测(cè)仙女座星系(xì)中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒(héng)星(xīng)在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的(de)增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎(hū)保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据(jù)牛顿(dùn)的(de)万有引(yǐn)力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸(xī)引它们，这些(xiē)外围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使(shǐ)用一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物(wù)质的存在，这种方法(fǎ)就是(shì)测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心(xīn)的(de)距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速(sù)度。如果出现异常(cháng)的结(jié)果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通(tōng)过射(shè)电望(wàng)远镜(jìng)测量了(le)距离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢(qīng)元(yuán)素(sù)，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律(lǜ)。我们的(de)太阳系蟑螂在床上爬了还能睡吗，蟑螂在床上爬了还能睡吗也不例(lì)外，太阳系(xì)位(wèi)于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有引(yǐn)力(lì)定律进行计算，太阳系(xì)的运(yùn)行速度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远远大于(yú)理论速(sù)度，那么(me)产生以上这(zhè)种向(xiàng)心加速度的(de)原因很(hěn)可能就是存在着一种我们看不(bù)到的物质，是这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效应将(jiāng)星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究(jiū)人员开始相信暗(àn)物质(zhì)的存(cún)在。科学(xué)家根据星系外恒星轨(guǐ)道(dào)的速(sù)度，估(gū)算在星系当中暗物(wù)质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不(bù)是唯一(yī)可以解释这个现(xiàn)象的原(yuán)因。在(zài)一(yī)项新的研究当(dāng)中，科学(xué)家们(men)发现，几(jǐ)乎没有引力(lì)效应(yīng)的遥远恒(héng)星之间，也会(huì)出现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小(xiǎo)和(hé)银(yín)河系不多(duō)，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却只有银河系的(de)千分之一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该星系(xì)必(bì)须存在暗物质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析。但是科(kē)学家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望远(yuǎn)镜对其(qí)进(jìn)行了40个(gè)小时的详细(xì)测量(liàng)之后，发现星系(xì)中的恒星(xīng)运动是可(kě)以用正常(cháng)的物质和力学定(dìng)律来解释的。那(nà)么又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个(gè)大(dà)星(xīng)系剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这(zhè)些现象的除了(le)暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是人(rén)类对引力的理解还不够全面，引力(lì)很可(kě)能(néng)在不同尺度(dù)空间中的工作方式(shì)是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们的(de)轨道(dào)，按照我们(men)所理解的方式(shì)运动。但(dàn)是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互(hù)作用(yòng)则是不同的方(fāng)式。对于在(zài)星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入(rù)了外(wài)部场效应的概念(niàn)，指的是在数百万光年的(de)规模(mó)上，巨(jù)大的质量之间会产生(shēng)对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要对(duì)现在的物理(lǐ)定(dìng)律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的(de)其他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解释(shì)的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所组成，类似这样的(de)星团(tuán)，它(tā)们大(dà)部(bù)分的(de)普通(tōng)质量都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际(jì)气体(tǐ)的相互作用(yòng)就(jiù)会导致温(wēn)度的急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅(fú)降低。所以在(zài)理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)大部分的质量将位于所有这些(xiē)气体(tǐ)所在的(de)中(zhōng)间(jiān)区域。那么(me)我(wǒ)们通过什么来验证(zhèng)它的质量区(qū)域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太(tài)空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可(kě)以(yǐ)明显地看(kàn)到(dào)很多星(xīng)系似乎(hū)被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲(qū)了(le)，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地(dì)球上(shàng)的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大(dà)质量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个(gè)现象就是引力(lì)透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的(de)天体可能是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释方法就是当星团发生(shēng)全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被观测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接(jiē)通过了这个(gè)区域(yù)，并(bìng)在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研(yán)究也被(bèi)认(rèn)为(wèi)是暗物质存在(zài)的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之(zhī)外，还(hái)有来自(zì)宇宙当中最古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见(jiàn)光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在(zài)宇(yǔ)宙空(kōng)间背(bèi)景(jǐng)上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则(zé)表(biǎo)示(shì)相(xiāng)对较冷(lěng)的区域，但实际(jì)上它(tā)们(men)之间的温(wēn)差只有(yǒu)万(wàn)分之一(yī)。

科学家们通过(guò)对前景背景分离后的二(èr)值图(tú)像(xiàng)进行连通(tōng)域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图(tú)形(xíng)看起来(lái)不应(yīng)该(gāi)是(shì)这样的，而随着暗物(wù)质(zhì)的增加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅(fú)度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我们需要(yào)的(de)暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与解释星系(xì)当中恒星运动所需要的(de)暗物质(zhì)比例是(shì)一致的(de)。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框架，就很好地解释(shì)了很多(duō)不(bù)同(tóng)的观测结果。而(ér)暗物质的本(běn)质就是宇宙当中(zhōng)存在(zài)着(zhe)某(mǒu)种类型的(de)粒子，它们(men)不参(cān)与任(rèn)何其他的电磁(cí)作用，只通过引力(lì)来相互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了(le)暗(àn)物质存在(zài)的实际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒(lì)子所(suǒ)需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻(xún)找这(zhè)些看不见、摸不(bù)到(dào)，几乎不会与常(cháng)规(guī)物质(zhì)相互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的发(fā)现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的地学实(shí)验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器(qì)，一直(zhí)致力(lì)于寻找暗物质粒(lì)子(zi)的周期性震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的(de)科学家声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们(men)发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的(de)事情(qíng)。探测率会在(zài)每年的(de)6月份达(dá)到(dào)峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最低(dī)，而且在20年当(dāng)中每(měi)年都(dōu)是一样。一(yī)些科学家(jiā)认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的(de)第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年(nián)度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银河系(xì)进行(xíng)移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的(de)速度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这个过程中会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的(de)方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在(zài)6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一致(zhì)，这是理论上地球(qiú)穿越暗物(wù)质流最快(kuài)的时段。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家(jiā)认为这可(kě)以(yǐ)用来解(jiě)释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观(guān)测到的周期(qī)性信(xìn)号。当然也(yě)可能有(yǒu)其他的情况，造(zào)成(chéng)这种年(nián)度(dù)周(zhōu)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(de)积雪，甚至连意(yì)大利游客(kè)的数量也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的(de)季节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动特征(zhēng)和(hé)第一(yī)个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同的信蟑螂在床上爬了还能睡吗，蟑螂在床上爬了还能睡吗号，就可(kě)以成为暗物质(zhì)所存在的非常有力(lì)的(de)证据了(le)。但是(shì)由于(yú)这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应(yīng)的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望(wàng)远镜(jìng)叫(jiào)做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜其(qí)中一个关键(jiàn)的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测(cè)的结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以待(dài)了。费米实(shí)验室(shì)粒子天(tiān)体物理中心的(de)科(kē)学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可(kě)能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持(chí)宇(yǔ)宙当(dāng)中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命进化的一个(gè)重要因素(sù)。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得到进(jìn)一步的证实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个(gè)角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推(tuī)论的(de)大前提是(shì)要先找到暗物质存(cún)在的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉(jué)得暗(àn)物质(zhì)到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支持是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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