宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻(xún)找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过(guò)去的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了万有引力(lì)定律，它揭示了(le)宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往后(hòu)的(de)几百年来(lái)，当天(tiān)文学家们发现某些天体(tǐ)运(yùn)行(xíng)轨道(dào)出现异(yì)常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他(tā)们就会知(zhī)道，周围(wéi)一(yī)定(dìng)有未知的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天(tiān)王星运行轨道的异(yì)常(cháng)，推算并且发现了海(hǎi)王星的存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都是应用万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当我们上(shàng)升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研(yán)究和测量后(hòu)发星系(xì)团的质量(liàng)。这是(shì)一个由数千(qiān)个星系(xì)所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团，这(zhè)些星(xīng)系被引力(lì)束缚在一(yī)起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到两种方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可(kě)以(yǐ)确定(dìng)其(qí)质量的范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数(shù)据(jù)是测量各个星系的(de)光(guāng)度。

第二种是动(dòng)力(lì)学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量(liàng)星系团中的(de)各个星系(xì)相对于星系(xì)团的运动速度(dù)。当测量(liàng)结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的(de)质(zhì)量(liàng)消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光的(de)形式所(suǒ)存(cún)在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星系(xì)团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星(xīng)系的质量(liàng)所产生(shēng)的(de)引力(lì)是无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团(tuán)之外了(le)，除非有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量在起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时(shí)的人(rén)们对这样(yàng)的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再一(yī)次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女(nǚ)座星系(xì)中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速(sù)度就会越慢。但是(shì)他们观测的(de)结果却让人(rén)感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持(chí)不(bù)变。可是根据牛顿的(de)万有引力(lì)定(dìng)律，在星(xīng)系(xì)当(dāng)中如果没有足(zú)够大(dà)的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使用一种相(xiān贵妇膏晚上可以涂着睡觉吗，贵妇膏晚上用还是白天用g)对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测量星(xīng)系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距(jù)离星系中心的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气(qì)体(tǐ)的(de)旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就认(rèn)为是由暗(àn)物质的(de)力量进入其(qí)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(jù)离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速(sù)度并不符(fú)合牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系(xì)位于银河系的(de)第(dì)三悬臂(bì)之上，距离银河(hé)系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年(nián)，根(gēn)据万(wàn)有引力定律进行计(jì)算，太阳系的(de)运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在(zài)以(yǐ)220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种向(xiàng)心加(jiā)速(sù)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(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信(xìn)暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗(àn)物(wù)质的质量占整个星(xīng)系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会(huì)出现速(sù)度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银(yín)河系(xì)不多，但是星系(xì)当(dāng)中存在(zài)的恒星(xīng)数量却只有银河(hé)系的(de)千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该星系(xì)必须存在暗(àn)物(wù)质，否则就(jiù)会(huì)分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对其(qí)进行(xíng)了(le)40个小时(shí)的详细测(cè)量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的(de)物质(zhì)和力学定律来(lái)解释(shì)的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也(yě)许该星(xīng)系(xì)的(de)暗物质，已经(jīng)被(bèi)附近的(de)另一(yī)个大星系剥离了。奇怪(guài)的(de)是(shì)，它(tā)的(de)附近没有任(rèn)何星系存在(zài)。造成这(zhè)些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺(chǐ)度空(kōng)间(jiān)中(zhōng)的(de)工作方式是不(bù)同的(de)，这意(yì)味着在行星系尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿着它们的(de)轨道，按(àn)照我(wǒ)们所理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是上升到星(xīng)系(xì)和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力(lì)之间的相互作用则是不同(tóng)的(de)方式。对(duì)于在星(xīng)系团之间(jiān)的(de)相互(hù)作(zuò)用，科学家还引入了外(wài)部场(chǎng)效应的概念，指的(de)是在数百万(wàn)光年(nián)的规(guī)模上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会产生对(duì)彼此(cǐ)特殊的(de)效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味(wèi)着我们需要对现在的物理定(dìng)律进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让很多人(rén)认为暗物质假说理(lǐ)论(lùn)就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关(guān)于暗物质存在的(de)其他的(de)理论证(zhèng)据(jù)，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的(de)普(pǔ)通质量(liàng)都在星系(xì)的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就(jiù)会导致温度(dù)的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的中间(jiān)区域(yù)。那(nà)么(me)我们通过什(shén)么来验(yàn)证它的(de)质(zhì)量区域到(dào)底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜传回(huí)了宇宙当(dāng)中第一张全彩的(de)高清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似乎(hū)被(bèi)拉伸产生了巨(jù)大的形变。其(qí)实(shí)这些(xiē)星系本(běn)身并(bìng)不是真的被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜出了什(shén)么(me)问题，而(ér)是这样极(jí)遥远的(de)天(tiān)体(tǐ)和我们地球上的观测者(zhě)之(zhī)间。被一个(gè)质量超(chāo)级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星(xīng)系的光都(dōu)发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现象就(jiù)是引(yǐn)力透镜(jìng)效(xiào)应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大(dà)质量的黑洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大(dà)质量(liàng)区(qū)域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团发(fā)生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的(de)质量气体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质(zhì)则(zé)直接通过了(le)这个(gè)区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成了(le)引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引(yǐn)力透(tòu)镜研究也(yě)被(bèi)认为是(shì)暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的(de)理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后(hòu)，可(kě)见光终(zhōng)于(yú)可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿(yì)年(nián)之后，这些光(guāng)在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同性的(de)微(wēi)波辐射。其中红色的(de)部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷(lěng)的(de)区(qū)域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过(guò)对前(qián)景背(bèi)景分离(lí)后的(de)二值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值(zhí)，我(wǒ)们(men)需要的暗(àn)物质大约是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗(àn)物(wù)质(zhì)比例是(shì)一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论(lùn)框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的(de)粒子(zi)，它们不(bù)参与任何(hé)其他的(de)电磁作用，只通过(guò)引力来相互(hù)作用。所(suǒ)以(yǐ)如(rú)果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底(dǐ)是什(shén)么？科学家们(men)已(yǐ)经(jīng)提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻(xún)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)过去的几(jǐ)十(shí)年当中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过(guò)50次(cì)的(de)实验，却没有任何实质性的发现，除了(le)一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下(xià)1400米处的(de)地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(céng)楼(lóu)高的探测器(qì)，一直致(zhì)力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里(lǐ)的科学(xué)家声称观测到了(le)某种信号。经过了20多(duō)年的数据(jù)收集，人(rén)们发现了(le)一个(gè)有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会在(zài)每(měi)年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最(zuì)低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些(xiē)科学(xué贵妇膏晚上可以涂着睡觉吗，贵妇膏晚上用还是白天用)家认为(wèi)这可(kě)能是人类发现暗物(wù)质的第一个直接证据(jù)。

但是为什(shén)么暗物(wù)质(zhì)会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在(zài)以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移(yí)动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着我们也在(zài)以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以有半年的(de)时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是(shì)一(yī)致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方(fāng)向正好达到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太(tài)阳(yáng)系相对银河系的平(píng)面呈现了60度的(de)倾斜，但是(shì)这并不(bù)影响这个理论的有效性(xìng)。

因此科学家(jiā)认为这可以用来(lái)解释，研(yán)究人员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当(dāng)然也可(kě)能有其他的情况(kuàng)，造(zào)成这种(zhǒng)年度周期信号的差(chà)异(yì)也可(kě)能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分(fēn)、高山(shān)上(shàng)的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个(gè)实验(yàn)室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这(zhè)里可以得到相(xiāng)同的(de)信号，就可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但是由于这(zhè)个(gè)实(shí)验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目(mù)前还无法提供(gōng)相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一(yī)台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪(yí)器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远镜其(qí)中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗(àn)物(wù)质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能(néng)拭目(mù)以待(dài)了。费米(mǐ)实验(yàn)室(shì)粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们(men)极(jí)有可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一(yī)个重要因素(sù)。

如果这(zhè)一(yī)理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些(xiē)推论(lùn)的大前提是(shì)要先找到暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物(wù)质到底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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