宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证(zhèng)据，科(kē)学家(jiā)们在(zài)过去的几十年当(dāng)中进行(xíng)了超过50次的(de)长期(qī)实验(yàn)，但是(shì)却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在(zài)1687年出版的(de)自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了(le)万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动(dòng)的(de)规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不(bù)符合万有(yǒu)引力定律的(de)时候，他(tā)们就会知道，周围(wéi)一定有未(wèi)知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本(běn)勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道的(de)异(yì)常，推算并且(qiě)发现了海王星的(de)存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的(de)发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得重大天(tiān)文成就(jiù)的例子。但是(shì)这(zhè)些发现都是在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星系或者是星(xīng)团的(de)尺度，事情(qíng)就开始变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学(xué)家弗(fú)里茨兹威基(jī)正在研究和测量(liàng)后发星系团的质量。这(zhè)是(shì)一个由(yóu)数千个(gè)星系所(suǒ)组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的(de)质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的(de)范围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光度学的(de)质量"，需要的(de)数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移(yí)测量星系团(tuán)中的各个星系相对于(yú)星(xīng)系团(tuán)的运动(dòng)速度。当(dāng)测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或(huò)者(zhě)说(shuō)这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程(chéng)中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的速度比理论(lùn)上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它(tā)们束(shù)缚在星系团内的，它(tā)们(men)早(zǎo)就应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用(yòng)，这(zhè)种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出(chū)了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当(dāng)时的(de)人们(men)对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯(kěn)特福(fú)特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距(jù)离(lí)中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们观测(cè)的(de)结果却让人(rén)感(gǎn)到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持不(bù)变。可(kě)是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足(zú)够大的质量来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外围的恒(héng)星(xīng)早就被甩(shuǎi)到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一(yī)种相对标(biāo)准的方法来解(jiě)释暗(àn)物质(zhì)的存(cún)在，这种方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星(xīng)系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现(xiàn)异常的结(jié)果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科(kē)学家们(men)通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量(liàng)了(le)距离星系(xì)中心更远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的(de)旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也不(bù)例外，太阳系(xì)位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万(wàn)有(yǒu)引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度(dù)远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能(néng)就是存(cún)在着一(yī)种我(wǒ)们看(kàn)不到(dào)的物质(zhì)，是(shì)这些暗(àn)物质的引力效(xiào)应将星(xīng)系(xì)聚集(jí)在了(le)一起。

也(yě)是(shì)从(cóng)这时开始(shǐ)，越来越多的研究人(rén)员(yuán)开始(shǐ)相信暗物质的存在(zài)。科学(xué)家根据星系外(wài)恒星轨道(dào)的速度(dù)，估(gū)算在(zài)星系当(dāng)中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一(yī)可以解(jiě)释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的(de)研究当(dāng)中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有(yǒu)引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的(de)微(wēi)小差(chà)异。另外，天(tiān)文学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河系(xì)不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银(yín)河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该(gāi)星(xīng)系必须存在(zài)暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但(dàn)是科学家们使用(yòng)最(zuì)先进的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运动是(shì)可以用(yòng)正常的物质(zhì)和力学定律来(lái)解释(shì)的。那么又有人(rén)提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附(fù)近的(de)另(lìng)一个(gè)大星系(xì)剥离(lí)了(le)。奇怪(guài)的是，它的附(fù)近没有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的假说之外(wài)，另一种可能就(jiù)是人(rén)类对引力(lì)的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作(zuò)方式是不(bù)同的，这意味着在(zài)行星系(xì)尺度中的天(tiān)体(tǐ)会沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力(lì)之间的(de)相互作用(yòng)则是不同的方式。对于在(zài)星(xīng)系团之间的相互作用，科学(xué)家还引入(rù)了外部场效应的概念，指的(de)是(shì)在数百万(wàn)光(guāng)年的规模上，巨大(dà)的(de)质量(liàng)之(zhī)间会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊(shū)的(de)效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需要(yào)对(duì)现在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修正(zhèng)，这些(xiē)发(fā)现也让很多人认为(wèi)暗物质假说(shuō)理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的(de)其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类(lèi)似(shì)这样的星团，它们(men)大(dà)部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导(dǎo)致(zhì)温度的(de)急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质(zhì)量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的(de)中间区(qū)域(yù)。那(nà)么(me)我们(men)通过(guò)什么来验证它的质量区(qū)域到底(dǐ)是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在照(zhào)片(piàn)中我们可以明(míng)显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨(jù)大的形变。其实这些星系(xì)本身并不是真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什么问题，而是(shì)这样极遥远(yuǎn)的(de)天(tiān)体和(hé)我们(men)地球上的(de)观测者(zhě)之间。被一个(gè)质量超(chāo)级巨大的(de)天体(tǐ)遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大(dà)质量(liàng)的东(dōng)西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系(xì)的(de)光都(dōu)发生(shēng)了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体(tǐ)可(kě)能是超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们(men)对(duì)子(zi)弹星系团观测的时(shí)候(hòu)，发现(xiàn)它(tā)的大质量区域并(bìng)不是(shì)在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直接(jiē)通过(guò)了这个区域，并(bìng)在(zài)两边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星系团的(de)引力透镜研(yán)究也被认为是暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的(de)迄今(jīn)为止最好的理论证据(jù)。

除(chú)此之外，还有来(lái)自(zì)宇(yǔ)宙当中最(zuì)古(gǔ)老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上留下了各相同性的微波(bō)辐射(shè)。其中(zhōng)红色的(de)部分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷(lěng)的区域，但实(shí)际上(shàng)它们之间的温(wēn)差只有(yǒu)万(wàn)分之(zhī)一。

科学(xué)家(jiā)们(men)通过对前景背(bèi)景(jǐng)分(fēn)离(lí)后的(de)二值图(tú)像进行连通(tōng)域提(tí)取(qǔ)和标记(jì)之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该(gāi)是这样(yàng)的(de)，而随(suí)着暗物质的增加，一(yī)些(xiē)峰(fēng)值的(de)幅度(dù)会减小，才变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐射的(de)测量值，我们需(xū)要(yào)的(de)暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字(zì)与解(jiě)释星系当中食盐水的化学式怎么写，石灰水的化学式怎么写恒星运动所需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是(shì)一致的(de)。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很(hěn)好地解(jiě)释了很多不(bù)同的观测结(jié)果。而(ér)暗物质的本(běn)质(zhì)就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与任何其(qí)他的电(diàn)磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。这种粒(lì)子到(dào)底(dǐ)是(shì)什么？科学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这(zhè)些(xiē)不同(tóng)的目(mù)标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常(cháng)规物质相(xiāng)互(hù)作用的(de)“暗(àn)物质(zhì)”，科学家(jiā)们(men)已经进行了超过50次的实验，却(què)没有任何(hé)实质性(xìng)的(de)发现，除了(le)一个(gè)地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高的探测器，一(yī)直致力(lì)于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学(xué)家(jiā)声称观测到了某种信(xìn)号。经(jīng)过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了(l食盐水的化学式怎么写，石灰水的化学式怎么写e)一个(gè)有趣的(de)事(shì)情。探测(cè)率(lǜ)会在(zài)每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月(yuè)降到(dào)最(zuì)低，而且(qiě)在20年当(dāng)中每年(nián)都是(shì)一样。一些科学家认为这可(kě)能(néng)是人类发现暗(àn)物质的(de)第一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什么(me)暗物质会(huì)产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳(yáng)系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动(dòng)，那么如(rú)果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样的速度(dù)在穿(chuān)越着(zhe)暗(àn)物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时(shí)间，地球围绕太(tài)阳的(de)方向与太阳环绕银河系(xì)的方向(xiàng)是一致的，而另外(wài)半(bàn)年则与之(zhī)相(xiāng)反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地球(qiú)与太(tài)阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗(àn)物(wù)质流最快(kuài)的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的情况中，太(tài)阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度(dù)的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不(bù)影响这个理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研究(jiū)人员们所观(guān)测(cè)到的(de)周期(qī)性信号。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异(yì)也(yě)可能是(shì)温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意(yì)大利(lì)游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立了一个几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这里的季(jì)节(jié)与之前(qián)的实(shí)验室(shì)正(zhèng)好相(xiāng)反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流(liú)的(de)运动特征和第一个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到(dào)相同的信(xìn)号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的(de)证据了。但是由于这个实(shí)验(yàn)室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所以截至目前还(hái)无法提(tí)供相应的数据支(zhī)持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台新的望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)，这(zhè)台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽(kuān)视(shì)场仪器提供的(de)视野是哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一(yī)个关键的用途就(jiù)是探索暗物质(zhì)背后(hòu)的(de)奥秘，对于(yú)探测(cè)的结果，我们(men)只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的(de)科学家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯(sī)特芬研究发(fā)现，如(rú)果暗(àn)物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘的(de)效应，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支(zhī)持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重要(yào)因素。

如果这一理论得到(dào)进(jìn)一步的(de)证实，那(nà)么(me)遍布宇宙当中的暗(àn)物质(zhì)会不会意味着人类并(bìng)不(bù)孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角(jiǎo)落的行星上，暗(àn)物质正在通过(guò)这样的(de)效应创(chuàng)造生命。当然，这些(xiē)推论的(de)大前提是要先找到暗(àn)物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙伴们(men)，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到(dào)底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持是我更新(xīn)的动(dòng)力(lì)！

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