宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为何(hé)会(huì)存在科学无(wú)法解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟(jìng)是(shì)什么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的证据，科学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但是却(què)没有发现任何(hé)的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲(zhé)学(xué)数学原理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规律。往后的(de)几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些(xiē)天体运行(xíng)轨道出(chū)现异(yì)常，不符合万(wàn)有引力定律的时候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周围(wéi)一定(dìng)有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过(guò)引(yǐn)力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就通过(guò)天王星运行轨道的异(yì)常(cháng)，推算并且发现(xiàn)了海(hǎi)王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得(dé)重大天(tiān)文(wén)成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上(shàng)升(shēng)到星(xīng)系或者是星团的(de)尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学(xué)家弗里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究和测量后发(fā)星系团的质(zhì)量。这是一个(gè)由数千(qiān)个星系(xì)所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定(dìng)其(qí)质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要(yào)的数据是测(cè)量(liàng)各个星系的光(guāng)度。

第(dì)二(èr)种(zhǒng)是动(dòng)力(lì)学质(zhì)量的计算(suàn)，是利(lì)用(yòng)光谱红移(yí)测量(liàng)星系团中的各个星系相对于(yú)星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发(fā)座(zuò)星系团有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量并(bìng)不(bù)以可(kě)见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度(dù)的过程(chéng)中(zhōng)，兹(zī)威基发现星(xīng)系团中很多星系的速度比理论上要(yào)快得(dé)多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的(de)引力是无法将它们束缚(fù)在星(xīng)系团(tuán)内的(de)，它们早就应该被抛出(chū)星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的(de)力量在起作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大(dà)部(bù)分的质(zhì)量。只是当(dāng)时的人(rén)们对这(zhè)样的(de)一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座(zuò)星系中的恒(héng)星运动。理论上来说(shuō)，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行速度(dù)就(jiù)会(huì)越慢。但是他们(men)观测的结果却让人感到(dào)不(bù)可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不(bù)变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如(rú)果没(méi)有足(zú)够大的质量来(lái)吸(xī)引它们，这(zhè)些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基于这种现(xiàn)象，科学(xué)家们会使用(yòng)一种(zhǒng)相(xiāng)对(duì)标准的方法来解(jiě)释(shì)暗物质(zhì)的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是测(cè)量星系当(dāng)中气体在(zài)X轴上距(jù)离(lí)星(xīng)系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力(lì)量进入其(qí)中。

于是科(kē)学家(jiā)们通过(guò)射电望远镜测量了距离(lí)星系(xì)中心(xīn)更(gèng)远距离(lí)的氢(qīng)元素，发(fā)现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿(dùn)的力学定律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不(bù)例外，太阳(yáng)系(xì)位于银(yín)河(hé)系(xì)的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万有引力(lì)定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速(sù)度的原因很可能就是(shì)存在着一种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集(jí)在(zài)了一(yī)起。

也是从这时开(kāi)始，越来(lái)越多(duō)的研究人员开始相信暗(àn)物质的(de)存(cún)在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这(zhè)个现象的原(yuán)因。在(zài)一(yī)项新的研究当中，科(kē)学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会(huì)出现速度上的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外(wài)，天文学(xué)家还(hái)发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银河系(xì)不多，但是星系当中存在的(de)恒(héng)星(xīng)数量却只有银河(hé)系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进(jìn)的(de)望远镜对其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的(de)详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和(hé)力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近(jìn)的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的(de)是，它的(de)附近没有任(rèn)何星系存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除了暗物(wù)质的(de)假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力(lì)的理(lǐ)解还不(bù)够全面，引(yǐn)力很可能在不(bù)同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿(yán)着(zhe)它(tā)们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运(yùn)动。但是上(shàng)升到星(xīng)系和(hé)星团的(de)尺度，引力之间的相互作(zuò)用则(zé)是不(bù)同的方式。对(duì)于(yú)在星系团之(zhī)间的相互作用，科(kē)学家还(hái)引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的(de)效果(guǒ)，这(zhè)个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)。如(rú)果MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)成立，这(zhè)意味着我们需要对现在(zài)的物(wù)理定律进(jìn)行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物(wù)质假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当(dāng)中还有关(guān)于暗(àn)物质存在的其(qí)他的理论证据(jù)，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系团，由两个(gè)碰撞的星系(xì)团所组成，类(lèi)似这样的星(xīng)团(tuán)，它们大部分的普(pǔ)通质(zhì)量(liàng)都在星系的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作(zuò)用就会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的(de)质量(liàng)将(jiāng)位于所有这(zhè)中国一共有多少万亿钱些气体所在的中间区域。那么(me)我(wǒ)们通过什么来(lái)验证(zhèng)它(tā)的质量区域到底(dǐ)是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张(zhāng)全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以明显(xiǎn)地看到(dào)很多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸产生(shēng)了巨大(dà)的形变(biàn)。其实这些星(xīng)系本身(shēn)并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一个(gè)质量超级(jí)巨大的(de)天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都(dōu)发生了(le)扭曲。这(zhè)个(gè)现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天(tiān)体可能是超(chāo)大(dà)质量(liàng)的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人(rén)们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的(de)质(zhì)量气(qì)体被卡在了(le)中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直接(jiē)通过了(le)这(zhè)个区域，并在两边(biān)形(xíng)成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的引力透(tòu)镜(jìng)研究也被(bèi)认为是暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为(wèi)止最好的理论证(zhèng)据(jù)。

除此之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地(dì)穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多(duō)亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中国一共有多少万亿钱中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离(lí)后的(de)二值图(tú)像进行连(lián)通(tōng)域提取和标记之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物质，图(tú)形看(kàn)起来不应(yīng)该是这(zhè)样的，而随(suí)着(zhe)暗(àn)物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要(yào)的(de)暗物质大约(yuē)是普(pǔ)通物(wù)质的(de)5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运(yùn)动所(suǒ)需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是(shì)一致的。这就意味着。

用了(le)一个简单的理论(lùn)框(kuāng)架，就很好地解释(shì)了很多不同(tóng)的观测(cè)结果。而(ér)暗(àn)物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它(tā)们不参(cān)与任(rèn)何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来(lái)相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找到这种粒(lì)子(zi)的(de)存在，就相当于(yú)找到了暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的(de)假想目标(biāo)，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过(guò)去的(de)几十年(nián)当中，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会(huì)与常规(guī)物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没(méi)有任何实质(zhì)性的发(fā)现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的地学(xué)实验室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有(yǒu)一个(gè)三层楼高(gāo)的探测器，一(yī)直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到了(le)某种信号。经过了20多年(nián)的(de)数据收集，人们发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的(de)事情。探(tàn)测率(lǜ)会在每年的(de)6月份(fèn中国一共有多少万亿钱)达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在20年当(dāng)中每年都是(shì)一样。一些科学家(jiā)认为这(zhè)可(kě)能是(shì)人类发(fā)现(xiàn)暗(àn)物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质(zhì)会(huì)产生(shēng)周(zhōu)期性的(de)年(nián)度(dù)信号(hào)呢？刚(gāng)才我们(men)讲了(le)太阳系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银河(hé)系进行移动，那(nà)么如(rú)果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着(zhe)我(wǒ)们也在以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个(gè)过程(chéng)中会产生相应(yīng)的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的(de)时候，地(dì)球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全(quán)一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流(liú)最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这(zhè)并不(bù)影(yǐng)响这个理论的(de)有效性。

因此(cǐ)科(kē)学家认为这可以用来解释(shì)，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到的周期(qī)性(xìng)信号。当然也可能(néng)有(yǒu)其他的(de)情况(kuàng)，造成这(zhè)种年度周期信号(hào)的差(chà)异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的数(shù)量(liàng)也(yě)符(fú)合这(zhè)个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半(bàn)球建立了(le)一个(gè)几乎相同的(de)实验室，这里(lǐ)的季节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗(àn)物质流(liú)的运动特(tè)征(zhēng)和第一个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因此，如果在(zài)这里可以(yǐ)得(dé)到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在(zài)的非常有力的证据(jù)了。但是(shì)由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目(mù)前(qián)还(hái)无(wú)法(fǎ)提供相应的(de)数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的(de)望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供(gōng)的(de)视野是哈勃红(hóng)外(wài)仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其(qí)中一(yī)个(gè)关键的用途就是探索(suǒ)暗物质(zhì)背后的奥(ào)秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室(shì)粒子天(tiān)体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可(kě)能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化(huà)的一个(gè)重要因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗物质(zhì)会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创(chuàng)造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要(yào)先找到暗(àn)物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗(àn)物质到底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是我更新(xīn)的动力！

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