宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是什(shén)么？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科(kē)学(xué)家们在过去的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期(qī)实验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了(le)万(wàn)有引(yǐn)力定律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运动的(de)规律。往后的(de)几百年来，当(dāng)天(tiān)文(wén)学家们发现某些天体运行轨道(dào)出(chū)现异(yì)常，不符合万有引(yǐn)力定律的(de)时候，他们就会知道，周围一(yī)定(dìng)有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过(guò)天王星运(yùn)行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并且(qiě)发(fā)现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的(de)发现都是应(yīng)用万有(yǒu)引力(lì)定律所取得重大天文成(chéng)就(jiù)的(de)例(lì)子。但是这些(xiē)发(fā)现都是在(zài)恒(héng)星系(xì)统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到(dào)星系或者是(shì)星团的(de)尺度(dù)，事情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团(tuán)的质(zhì)量。这是一个(gè)由(yóu)数千个星(xīng)系所组成的巨大(dà)星系(xì)团，这(zhè)些星系被(bèi)引力束(shù)缚在一起。测(cè)量(liàng)星系(xì)团的质(zhì)量(liàng)一般(bān)会使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其质(zhì)量的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量(liàng)的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中的各个(gè)星系相对于(yú)星系团的运(yùn)动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量(liàng)”的4食邑五百户是什么意思，半年食邑是什么意思00倍。这(zhè)意(yì)味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并(bìng)不以可见光的(de)形式所(suǒ)存在，我们无法看到(dào)。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量速度的(de)过程中，兹威基发(fā)现星系团中(zhōng)很多(duō)星系的速度(dù)比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠(kào)这些可(kě)见星系的(de)质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们(men)束缚(fù)在星系团内的，它(tā)们早(zǎo)就应该(gāi)被(bèi)抛(pāo)出星(xīng)系团之外了(le)，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力(lì)量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了(le)这样部分(fēn)不可见(jiàn)的(de)暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对(duì)这(zhè)样(yàng)的一种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才再(zài)一(yī)次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙(xiān)女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速(sù)度(dù)就会(huì)越慢。但(dàn)是(shì)他(tā)们观测的结(jié)果却让人感到不(bù)可思(sī)议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持(chí)不(bù)变(biàn)。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星(xīng)系当中如果(guǒ)没(méi)有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的(de)方法(fǎ)来解释暗物(wù)质的存在(zài)，这种方法就是测(cè)量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果(guǒ)，就(jiù)认为是(shì)由暗物质(zhì)的力(lì)量进入其(qí)中。

于是(shì)科学(xué)家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜测(cè)量了距(jù)离星(xīng)系中(zhōng)心更(gèng)远距离的(de)氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不符(fú)合牛(niú)顿(dùn)的(de)力学定律。我们的太(tài)阳(yáng)系也(yě)不例外，太阳系(xì)位于银河(hé)系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)进行计(jì)算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个(gè)实际速度远远大于理论速度，那么(me)产生以(yǐ)上这种向心加(jiā)速度(dù)的原(yuán)因很可能就是存在(zài)着一种我们看(kàn)不(bù)到(dào)的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力(lì)效应(yīng)将星系(xì)聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物质的存(cún)在。科学家根(gēn)据星(xīng)系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算在星系当中暗(àn)物(wù)质的(de)质量占整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是(shì)唯(wéi)一(yī)可(kě)以解(jiě)释这(zhè)个(gè)现象的原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效(xiào)应(yīng)的遥(yáo)远恒星(xīng)之(zhī)间，也会出现速度上(shàng)的(de)微(wēi)小差异(yì)。另外，天文学(xué)家还发(fā)现(xiàn)了(le)一个反常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不(bù)多，但是星系当(dāng)中存在的恒(héng)星数量却(què)只有银河系(xì)的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必(bì)须存在暗物(wù)质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析。但是(shì)科学家们(men)使用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详细测量(liàng)之后，发现星系中的(de)恒(héng)星运动是可以用正常的(de)物质和力学定律来(lái)解释的。那(nà)么又有(yǒu)人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大(dà)星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪的(de)是，它的附(fù)近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的(de)假说之外，另一种可(kě)能就是人类(lèi)对引(yǐn)力(lì)的理(lǐ)解(jiě)还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意(yì)味(wèi)着在行(xíng)星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道(dào)，按(àn)照我们所理解的方式(shì)运(yùn)动。但(dàn)是上(shàng)升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间的(de)相互(hù)作(zuò)用则是不(bù)同(tóng)的方式。对于在星系团之间的(de)相互作用，科(kē)学家还引入了(le)外部场效应的概念，指的是(shì)在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这(zhè)意(yì)味着我(wǒ)们需(xū)要对(duì)现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在的(de)其(qí)他的理(lǐ)论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的(de)普通质量都(dōu)在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度(dù)的急剧升高，速(sù)度(dù)大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系团大部分(fēn)的质量将位于所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那么我们通过(guò)什(shén)么(me)来验证它的质量区域到(dào)底是不是(shì)集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩的高清照片，在(zài)照片中(zhōng)我(wǒ)们可以(yǐ)明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身(shēn)并不是真的(de)被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天(tiān)体和(hé)我们(men)地球上的观(guān)测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这(zhè)个超大(dà)质量的东西的引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个(gè)巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系(食邑五百户是什么意思，半年食邑是什么意思xì)团观测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是(shì)当(dāng)星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了(le)这个区(qū)域(yù)，并在两(liǎng)边形成了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系团(tuán)的(de)引(yǐn)力透镜研(yán)究(jiū)也被认为是(shì)暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙(zhòu)空(kōng)间(jiān)背景上留下(xià)了各相同性的微波辐(fú)射。其中红(hóng)色(sè)的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域(yù)，但(dàn)实际上(shàng)它们之(zhī)间的温(wēn)差只(zhǐ)有万分之(zhī)一。

科学家们通(tōng)过(guò)对(duì)前景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通(tōng)域提取(qǔ)和标(biāo)记(jì)之(zhī)后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图(tú)形看起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变(biàn)得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐射的测(cè)量(liàng)值(zhí)，我们需要的(de)暗物质(zhì)大约是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释星系(xì)当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要(yào)的暗(àn)物质比例是一(yī)致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用(yòng)了一(yī)个(gè)简单的理(lǐ)论框架，就很好地解(jiě)释了(le)很(hěn)多不同(tóng)的(de)观测结果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某(mǒu)种类(lèi)型的粒(lì)子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互作用(yòng)。所(suǒ)以(yǐ)如(rú)果能够找到(dào)这种粒子(zi)的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻(xún)找(zhǎo)这些不(bù)同(tóng)的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同。在过(guò)去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这(zhè)些看(kàn)不见、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除(chú)了一(yī)个(gè)地(dì)方，意大利的格兰(lán)萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层楼高的探测器，一直食邑五百户是什么意思，半年食邑是什么意思致力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的(de)科(kē)学家(jiā)声称观测到(dào)了某(mǒu)种信号。经过了20多(duō)年的数据收集(jí)，人们发现了一个(gè)有(yǒu)趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会在每年(nián)的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是(shì)人类发现暗物质(zhì)的第一个(gè)直(zhí)接证据(jù)。

但是为什么暗(àn)物质会(huì)产(chǎn)生周(zhōu)期(qī)性(xìng)的年度(dù)信号(hào)呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里(lǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着我们也在(zài)以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕(rào)银河系的方(fāng)向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向(xiàng)正(zhèng)好达到完(wán)全一(yī)致，这(zhè)是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河(hé)系(xì)的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个(gè)理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这(zhè)可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测到的(de)周期性信(xìn)号(hào)。当然也可能有其(qí)他的情(qíng)况，造(zào)成(chéng)这种年度周期(qī)信号的差异(yì)也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也符合这(zhè)个周期的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们又在(zài)南(nán)半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实(shí)验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过(guò)暗(àn)物质流的(de)运动特(tè)征(zhēng)和第一个实(shí)验室是一样的(de)。

因此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可以得到相同的(de)信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是(shì)由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还(hái)无(wú)法提供(gōng)相应的数据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做(zuò)“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视(shì)野(yě)是(shì)哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远镜其中一(yī)个关(guān)键(jiàn)的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只(zhǐ)能(néng)拭(shì)目以待了。费米实验(yàn)室粒(lì)子(zi)天体物理(lǐ)中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在(zài)，它们极有(yǒu)可(kě)能(néng)拥有另一(yī)种神(shén)秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的(de)诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步(bù)的(de)证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的(de)暗(àn)物质(zhì)会不会意味(wèi)着人类(lèi)并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗(àn)物(wù)质(zhì)正在(zài)通(tōng)过(guò)这(zhè)样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到(dào)底存(cún)不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的(de)动(dòng)力！

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