宇(yǔ)宙是“人为制造”的(de)？为何(hé)会存(cún)在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质存在的证(zhèng)据(jù)，科学家们在过去的几十年当中进行了超(chāo)过50次(cì)的长(zhǎng)期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示(shì)了(le)宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后(hòu)的几(jǐ)百年来(lái)，当(dāng)天文学家们发现(xiàn)某些(xiē)天(tiān)体运行轨道出(chū)现异常，不(bù)符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知(zhī)的(de)天体(tǐ)通过(guò)引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通过(guò)天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的(de)发现都是应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文(wén)成就(jiù)的例子。但是这些(xiē)发现都是(shì)在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹(zī)威(wēi)基正在研究和测量后发星系团的(de)质(zhì)量(liàng)。这是一个由数千个星系(xì)所组(zǔ)成的巨(jù)大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测(cè)量星系团(tuán)的(de)质量一(yī)般会使(shǐ)用到两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得(dé)其"光(guāng)度学的(de)质量"，需要的数据(jù)是(shì)测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移(yí)测量星系团中的各个(gè)星系相对(duì)于(yú)星系团的运(yùn)动速度。当测量(liàng)结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的(de)质(zhì)量消(xiāo)失了，或者(zhě)说这99%的(de)质量并(bìng)不以(yǐ)可见光的形式所存(cún)在，我们(men)无法看到。最(zuì)诡异的(de)是，在(zài)测(cè)量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系(xì)团中很多星系(xì)的速度比(bǐ)理论(lùn)上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量(liàng)所产生的引力是无法将它们(men)束缚在星系团(tuán)内的，它们(men)早就应该被(bèi)抛出星(xīng)系团之(zhī)外了(le)，除非有一(yī)种神秘的力(lì)量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此，兹维基提(tí)出了(le)这(zhè)样部分不可见的(de)暗(àn)质，漠北是现在的哪里，明朝的漠北是现在的哪里它不(bù)发(fā)散光、吸(xī)光(guāng)、反射(shè)光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝(jué)大部(bù)分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再(zài)一(yī)次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒(héng)星运动。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会(huì)越慢。但是(shì)他们观测的结果(guǒ)却(què)让人(rén)感到不可思(sī)议(yì)。

随着与中心距离(lí)的(de)增加，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根(gēn)据牛(niú)顿的万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律，在(zài)星(xīng)系(xì)当中如果没有(yǒu)足够(gòu)大的质量来吸引它们，这(zhè)些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对(duì)标准的方法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测(cè)量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体(tǐ)的旋转速(sù)度。如果出现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入(rù)其(qí)中。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜测(cè)量了距离(lí)星(xīng)系(xì)中(zhōng)心(xīn)更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不(bù)例外(wài)，太阳系位于银河系的(de)第(dì)三悬臂之(zhī)上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定(dìng)律进(jìn)行(xíng)计(jì)算，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种向心加速度的(de)原因很可(kě)能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是(shì)这些(xiē)暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在了(le)一(yī)起。

也(yě)是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来越多的(de)研究人员开(kāi)始相信(xìn)暗物(wù)质的(de)存(cún)在(zài)。科(kē)学家(jiā)根据星(xīng)系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯一可(kě)以解(jiě)释这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一(yī)项新的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发(fā)现了(le)一个反常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小(xiǎo)和(hé)银(yín)河系不多，但是星(xīng)系当中存(cún)在(zài)的恒星数量却只(zhǐ)有银(yín)河系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，该星系(xì)必须(xū)存(cún)在暗物质，否则就会分崩离(lí)析(xī)。但是科学(xué)家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小时的详(xiáng)细测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运(yùn)动是可(kě)以用(yòng)正(zhèng)常的物质和力(lì)学(xué)定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已经被附(fù)近的另一个(gè)大星(xīng)系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近(jìn)没有任何星(xīng)系(xì)存在。造(zào)成这些现(xiàn)象的除了(le)暗物质(zhì)的假说(shuō)之(zhī)外，另一种可能就是人(rén)类对引力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不(bù)同(tóng)尺度空间中的工作方式(shì)是不同(tóng)的，这意味着在(zài)行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之(zhī)间的(de)相互作用(yòng)则(zé)是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科(kē)学家还引入了外部场效(xiào)应的概念(niàn)，指的是在(zài)数百万光(guāng)年的规模(mó)上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要对现在的(de)物(wù)理(lǐ)定律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发现也让很多人(rén)认为(wèi)暗物(wù)质假说理论就(jiù)此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物(wù)质存在的(de)其他(tā)的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙(méng)德(dé)理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年(nián)的子(zi)弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类(lèi)似(shì)这样的星团，它们大部分的普通质量都在星(xīng)系的气(qì)体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度(dù)的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于(yú)所(suǒ)有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那(nà)么我们通过什么(me)来验证(zhèng)它的质(zhì)量区域到(dào)底是(shì)不是集中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空(kōng)望远镜(jìng)传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照(zhào)片(piàn)中我(wǒ)们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看(kàn)到(dào)很(hěn)多(duō)星系似乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨大的(de)形变。其(qí)实这(zhè)些星系本(běn)身并不是真的(de)被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地(dì)球上的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个(gè)超(chāo)大质量(liàng)的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都(dōu)发生了(le)扭曲。这个(gè)现象就是(shì)引力透镜效应(yīng)。这个巨(jù)大的(de)天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当(dāng)人们对(duì)子弹星系(xì)团观(guān)测的(de)时候，发现它的大质(zhì)量区(qū)域并不(bù)是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释(shì)方(fāng)法(fǎ)就是当星团发生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观(guān)测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则(zé)直接通过了这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对(duì)子(zi)弹星(xīng)系团的引力透(tòu)镜研(yán)究也(yě)被(bèi)认为是暗物质存(cún)在的迄今(jīn)为止最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性(xìng)的微波辐射(shè)。其中红色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对(duì)较(jiào)冷的区域，但实际上它们(men)之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通(tōng)过对前(qián)景背(bèi)景分离后的二值图(tú)像进行连通(tōng)域(yù)提取(qǔ)和标记之(zhī)后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该(gāi)是这样的，而随(suí)着暗物(wù)质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射(shè)的测量值(zhí)，我们(men)需要的暗物质(zhì)大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需(xū)要的暗物质比(bǐ)例(lì)是(shì)一致的。这就意味着。

用了(le)一(yī)个(gè)简单的理论(lùn)框架(jià)，就很好地解(jiě)释(shì)了很多(duō)不(bù)同的观测(cè)结果。而(ér)暗物质的(de)本(běn)质就是宇宙(zhòu)当中存(cún)在(zài)着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其(qí)他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如(rú)果能(néng)够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的(de)存在(zài)，就相当于(yú)找(zhǎo)到了暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的实际(jì)证据(jù)。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻(xún)找这些(xiē)不同的目标(biāo)粒子所需(xū)要的实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互(hù)作用(yòng)的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的(de)实验(yàn)，却没有任何实质性的(de)发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地学实验室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科(kē)学家声称观测到了(le)某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事(shì)情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年都(dōu)是一样。一(yī)些科学家认(rèn)为这可能是人(rén)类发现暗物质的(de)第一(yī)个直接证据。

但(dàn)是(shì)为什么暗(àn)物质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们讲了太(tài)阳系(xì)正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河(hé)系进(jìn)行(xíng)移动，那么(me)如(rú)果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味(wèi)着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中会产生相(xiāng)应(yīng)的振(zhèn)荡，同时(shí)地(dì)球又以30公里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的(de)时(shí)间(jiān)，地(dì)球(qiú)围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系(xì)的(de)方向是一致(zhì)的，而另(lìng)外(wài)半(bàn)年则与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在(zài)11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的(de)情(qíng)况中，太(tài)阳系相对银河系(xì)的平(píng)面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因(yīn)此科学(xué)家认为(wèi)这可以用来(lái)解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观(guān)测到的周期性信(xìn)号。当然(rán)也可能有(yǒu)其他(tā)的情况，造(zào)成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数(shù)量也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一(yī)个几乎相同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节(jié)与之前的(de)实验室(shì)正好相反，而在(zài)这(zhè)里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征(zhēng)和第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在的非(fēi)常有力的(de)证据了。但是(shì)由于这(zhè)个实(shí)验(yàn)室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台(tái)太(tài)空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相同，但(dàn)它的(de)宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在(zài)，它(tā)们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持(chí)宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命(mìng)的诞生(shēng)，或者说是生命(mìng)进化的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一理(lǐ)论得到进(jìn)一(yī)步的(de)证(zhèng)实，那么(me)遍布(bù)宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人类(lèi)并不孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应(yīng)创造生命。当然(rán)，这些(xiē)推论的(de)大前(qián)提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在(zài)的(de漠北是现在的哪里，明朝的漠北是现在的哪里)实(shí)际(jì)证据。那么(me)小(xiǎo)伙(huǒ)伴(bàn)们(men)，你们觉得暗物质(zhì)到(dào)底(dǐ)存(cún)不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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