宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为何会(huì)存(cún)在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什么(me)？人类为(wèi)了寻(xún)找暗物质存在的证据(jù)，科(kē)学家们在过(guò)去的几十年当中进(jìn)行了超过(guò)50次的长期实(shí)验，但是(shì)却没(méi)有发现任何(hé)的(de)有效(xiào)证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿(dùn)发表了(le)万有引力(lì)定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发(fā)现某些天体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时候(hòu)，他们(men)就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动(dòng)它(tā)的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并(bìng)且发现了(le)海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是应(yīng)用万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒星系(xì)统的(de)尺度(dù)当(dāng)中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基(jī)正在研究(jiū)和测(cè)量后发(fā)星系乌苏里江在哪，乌苏里江在俄罗斯叫什么团的质量。这(zhè)是一(yī)个由数千(qiān)个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这(zhè)些星(xīng)系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团的质量(liàng)一(yī)般会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)，当(dāng)两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获(huò)得(dé)其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是(shì)测(cè)量(liàng)各(gè)个(gè)星系的光度(dù)。

第(dì)二种是动力学质量的(de)计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系(xì)团中的各个星系相对(duì)于星系(xì)团的运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质(zhì)量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或(huò)者说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可见光(guāng)的(de)形式(shì)所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的(de)是，在测(cè)量速度(dù)的(de)过程中，兹威基(jī)发现星系团中很(hěn)多星系的速度比理论(lùn)上要快得多(duō)，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的质量(liàng)所产生的引力(lì)是无法(fǎ)将它们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力(lì)量来(lái)源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它(tā)们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的(de)人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观测仙女(nǚ)座星系中的(de)恒星运动(dòng)。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上(shàng)的运(yùn)行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的增(zēng)加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如(rú)果没有足够大的(de)质量来吸引它们(men)，这些外围的恒(héng)星早就(jiù)被(bèi)甩(shuǎi)到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学(xué)家们会使用(yòng)一(yī)种相对标准的方法来解(jiě)释暗物(wù)质的(de)存在，这种(zhǒng)方法就是测(cè)量星系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系(xì)中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如(rú)果出(chū)现异常的(de)结果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜测(cè)量了距离星系(xì)中心更远距离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转速度(dù)并(bìng)不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也不(bù)例外(wài)，太阳系位于(yú)银(yín)河系(xì)的第三悬臂之上，距(jù)离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进(jìn)行计(jì)算，太阳系的(de)运(yùn)行速度(dù)应该(gāi)是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实(shí)际速度(dù)远远大于理论(lùn)速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的(de)原因很可能就是(shì)存在着一种我们(men)看(kàn)不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集(jí)在了一(yī)起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人(rén)员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不是唯(wéi)一可以解释(shì)这个现(xiàn)象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究(jiū)当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度(dù)上(shàng)的微小差(chà)异。另外，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系(xì)距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多，但是星系当中存(cún)在的(de)恒星数量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星(xīng)系必(bì)须存在(zài)暗(àn)物质，否则(zé)就会分(fēn)崩离析。但是(shì)科(kē)学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测(cè)量(liàng)之后，发(fā)现星系中的恒星运动是(shì)可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人(rén)提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附(fù)近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星系(xì)存在。造成这些现象的(de)除了暗物质的假说(shuō)之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人类对引(yǐn)力的(de)理解还不够全面，引力(lì)很可能(néng)在不(bù)同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作方式是不同(tóng)的，这意(yì)味着(zhe)在(zài)行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的方式运动。但是上(shàng)升到(dào)星系(xì)和星团的尺度，引力之间的(de)相互作用则(zé)是不同(tóng)的方式。对于在星系团之(zhī)间的(de)相(xiāng)互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的(de)是在数(shù)百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成乌苏里江在哪，乌苏里江在俄罗斯叫什么(chéng)立，这意味(wèi)着我们需要对现在的(de)物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也(yě)让很多人认为暗(àn)物质假说理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物质存(cún)在的(de)其(qí)他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这(zhè)样的星团，它们(men)大部分(fēn)的普通质量都在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度(dù)大幅(fú)降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于所有这些(xiē)气(qì)体所在的中间区域(yù)。那(nà)么我们通过什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是(shì)不是集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空乌苏里江在哪，乌苏里江在俄罗斯叫什么望远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩(cǎi)的(de)高清照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以明显地看到(dào)很多(duō)星(xīng)系似(shì)乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们(men)地(dì)球上的观(guān)测者之间。被(bèi)一个质(zhì)量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个(gè)超大(dà)质(zhì)量(liàng)的东西(xī)的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可能是超(chāo)大质量的黑洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹(dàn)星(xīng)系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方(fāng)法就(jiù)是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质则直接(jiē)通过了这个区(qū)域，并(bìng)在两边形(xíng)成了引力透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被(bèi)认为是暗(àn)物质(zhì)存在的迄今为(wèi)止最(zuì)好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经(jīng)过(guò)了130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则(zé)表示(shì)相对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对前景背景分离后的(de)二值图像进(jìn)行连(lián)通(tōng)域(yù)提取(qǔ)和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形(xíng)看起来不应(yīng)该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中(zhōng)恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例(lì)是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不(bù)同(tóng)的观测结果。而(ér)暗(àn)物质(zhì)的(de)本质就是宇宙当中存在(zài)着某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力(lì)来(lái)相互作用(yòng)。所(suǒ)以如果(guǒ)能够找到这种粒(lì)子(zi)的存(cún)在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标(biāo)粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不(bù)到(dào)，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规(guī)物质(zhì)相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了超过50次的(de)实验(yàn)，却没有(yǒu)任(rèn)何实质性(xìng)的发现，除了一个地方(fāng)，意(yì)大(dà)利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地(dì)球上最大的地学实(shí)验室，这(zhè)个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼高的探测器，一直(zhí)致力(lì)于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了(le)某种信号(hào)。经过了20多年的(de)数(shù)据收集，人们发现了(le)一个有(yǒu)趣的事情。探(tàn)测率会在每年的(de)6月份达到(dào)峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到(dào)最低，而且在20年(nián)当中(zhōng)每年都是一(yī)样。一些科学家认为这可(kě)能是人类(lèi)发现暗物质的第一(yī)个直接(jiē)证据。

但(dàn)是为(wèi)什么(me)暗物质会产生(shēng)周期(qī)性的年度(dù)信(xìn)号(hào)呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如(rú)果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以(yǐ)这(zhè)样的速度在(zài)穿越着暗物(wù)质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的(de)时间，地(dì)球围绕(rào)太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的(de)方向是一致的，而另外半(bàn)年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的(de)时候，地球与太阳的方向正好达到(dào)完(wán)全一致，这(zhè)是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到(dào)了(le)最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜，但是(shì)这并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的(de)有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家(jiā)认(rèn)为这可以(yǐ)用来解释，研(yán)究(jiū)人(rén)员们所观测到的(de)周期(qī)性信号。当然也可(kě)能有其他的情况(kuàng)，造成这(zhè)种(zhǒng)年(nián)度周期信号的差(chà)异也可能是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至(zhì)连意大利(lì)游(yóu)客的(de)数(shù)量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学(xué)家们又在南(nán)半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里(lǐ)的(de)季节与之前的实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过(guò)暗物质(zhì)流的运动特征(zhēng)和(hé)第(dì)一个实验室是一样(yàng)的(de)。

因此，如果在这里(lǐ)可(kě)以得到相同(tóng)的(de)信(xìn)号，就可(kě)以成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实(shí)验室刚(gāng)刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无(wú)法(fǎ)提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗(àn)物(wù)质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探测的结(jié)果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心(xīn)的科(kē)学(xué)家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们(men)极有(yǒu)可(kě)能拥(yōng)有另一种神秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一(yī)理论得到进一步的证实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物质会不会(huì)意(yì)味(wèi)着人类(lèi)并不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过(guò)这样(yàng)的效应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这些推(tuī)论的大前提是要(yào)先(xiān)找到(dào)暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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