宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科(kē)学家们在过(guò)去(qù)的(de)几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实验，但是(shì)却没有发现任何的(de)有效证据。除(chú)了一(yī)个地方，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有(yǒu)引力定律，它揭(jiē)示了(le)宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出(chū)现(xiàn)异常，不符(fú)合(hé)万有引力定律(lǜ)的时(shí)候，他们就会知道，周(zhōu)围一(yī)定(dìng)有未知的天体通过(guò)引力在(zài)摄(shè)动它的(de)轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通(tōng)过天王星运行轨道(dào)的异常(cháng)，推(tuī)算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星(xīng)的(de)发现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重(zhòng)大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是(shì)在恒星(xīng)系统的尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我们上升到星(xīng)系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学家弗(fú)里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发(fā)星系团(tuán)的(de)质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束(shù)缚在一(yī)起。测量星系团的质量一(yī)般会(huì)使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方法结(jié)果一(yī)致，就可以确定其质(zhì)量的(de)范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学的(de)质量"，需要的数(shù)据是测量各个(gè)星系的(de)光度(dù)。

第(dì)二种是(shì)动力学质(zhì)量的计算，是(shì)利(lì)用光谱红移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速(sù)度。当(dāng)测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不以可见(jiàn)光的形(xíng)式(shì)所存在，我(wǒ)们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系(xì)团中(zhōng)很多星系的(de)速度(dù)比(bǐ)理论上要(yào)快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量(liàng)所(suǒ)产(chǎn)生的引力是无法将(jiāng)它(tā)们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就(jiù)应该被抛出星(xīng)系(xì)团之外了，除(chú)非有(yǒu)一种神秘(mì)的力(lì)量在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当(dāng)时的人(rén)们(men)对(duì)这样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测(cè)仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远(yuǎn)的恒星在(zài)其(qí)轨道上的运行速度(dù)就会越慢(màn)。但是他们观测(cè)的结果却让人感到不可(kě)思议。

随(suí)着与(yǔ)中心(xīn)距离(lí)的增加(jiā)，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可(kě)是根(gēn)据牛(niú)顿的万有引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中如(rú)果没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标(biāo)准(zhǔn)的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系(xì)当中(zhōng)气体在(zài)X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结广西大学唐纪良主任科员，广西大学唐记良果，就认为是由暗(àn)物(wù)质(zhì)的力量进入(rù)其中。

于是科学(xué)家们通过(guò)射电(diàn)望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的旋转速度并(bìng)不(bù)符合(hé)牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也(yě)不(bù)例(lì)外，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的第(dì)三悬(xuán)臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律进(jìn)行(xíng)计算，太(tài)阳系的运行(xíng)速度(dù)应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太(tài)阳系(xì)正在以220千米/秒的(de)速度围绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远(yuǎn)远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心加速(sù)度的原因很可能就是存在(zài)着(zhe)一种我们看不(bù)到的物(wù)质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始，越(yuè)来越多的研究人员(yuán)开始相信(xìn)暗物质的存(cún)在。科学家根据星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在星系当中暗(àn)物质的质(zhì)量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是唯一可(kě)以(yǐ)解释这个现(xiàn)象的(de)原因。在一项新的研究当中，科(kē)学家们广西大学唐纪良主任科员，广西大学唐记良发现，几(jǐ)乎没有引力效(xiào)应的(de)遥远恒(héng)星之(zhī)间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学(xué)家还发现了一(yī)个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多(duō)，但(dàn)是星系(xì)当(dāng)中存在的恒星数(shù)量却只有银河系的千分(fēn)之(zhī)一(yī)。

所以在(zài)理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析(xī)。但(dàn)是科学家们使用最先进的(de)望远镜对其(qí)进行(xíng)了40个(gè)小时的(de)详细(xì)测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用(yòng)正常(cháng)的物质和力学(xué)定律来解释的。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一(yī)个大星系(xì)剥离(lí)了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种可能就是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不(bù)同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度(dù)中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的(de)方(fāng)式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间(jiān)的(de)相互作用则是(shì)不同(tóng)的(de)方式。对(duì)于在星系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数(shù)百万(wàn)光年的规模上，巨(jù)大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要对现在的物理定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关(guān)于(yú)暗物质存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的(de)时候(hòu)，星际气体的相互(hù)作(zuò)用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将位于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所在(zài)的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么来验证它的(de)质量区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些(xiē)星(xīng)系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了(le)，也不(bù)是(shì)韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么(me)问题，而是这样(yàng)极遥(yáo)远的天体和(hé)我们地球上的观测者之间。被一个质量超级(jí)巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质量的(de)东西的(de)引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是(shì)引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大(dà)质量的(de)黑洞或者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人(rén)们对子(zi)弹星系团观测的时(shí)候(hòu)，发现它的大质量区域(yù)并(bìng)不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最(zuì)好的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星(xīng)团发生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测(cè)到的质(zhì)量气体被(bèi)卡在了(le)中间，暗物质则直接(jiē)通过了(le)这(zhè)个区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被(bèi)认(rèn)为是暗物质存在(zài)的迄今(jīn)为止最好的理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些(xiē)光(guāng)在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上留(liú)下了各相同性(xìng)的微(wēi)波辐(fú)射。其中(zhōng)红色的(de)部分表示温(wēn)度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域(yù)，但实际上它们之(zhī)间(jiān)的温差只有(yǒu)万分(fēn)之(zhī)一。

科学(xué)家们通(tōng)过对前景背景(jǐng)分离(lí)后的二值图像进行连通域(yù)提(tí)取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中没有暗物(wù)质，图形(xíng)看起来(lái)不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才(cái)变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我(wǒ)们(men)需要的暗(àn)物质大(dà)约是普通物(wù)质的5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释星系当中恒星(xīng)运动所需要(yào)的暗(àn)物(wù)质比例是一致(zhì)的(de)。这(zhè)就意味着(zhe)。

用(yòng)了一个(gè)简单的理(lǐ)论框架，就很(hěn)好地解(jiě)释了很多不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电(diàn)磁作用，只通过引力来(lái)相互作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子(zi)的存在(zài)，就相当于找到(dào)了暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们(men)已经(jīng)提出了(le)数十种的(de)假想(xiǎng)目(mù)标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的目标(biāo)粒子(zi)所(suǒ)需要的(de)实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规(guī)物质相互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已经(jīng)进(jìn)行了(le)超过50次的(de)实验，却没有任何实(shí)质性的(de)发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上(shàng)最(zuì)大的(de)地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测(cè)器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科学家声称观测到了(le)某种信号。经过了20多年的数(shù)据(jù)收(shōu)集，人们发现了一(yī)个(gè)有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在(zài)20年(nián)当中每年都是(shì)一样。一(yī)些科学家认为(wèi)这可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据(jù)。

但(dàn)是为什(shén)么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系(xì)进行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗(àn)物质流，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳进(jìn)行旋转。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地球围绕(rào)太(tài)阳(yáng)的方向与太阳环绕(rào)银河系的(de)方向是(shì)一致的(de)，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球(qiú)与太阳的方(fāng)向正好达(dá)到(dào)完全(quán)一致，这是理论上(shàng)地(dì)球穿越(yuè)暗物质流(liú)最快的(de)时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在(zài)实(shí)际的(de)情况中，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这(zhè)个理论的有效性。

因(yīn)此科学(xué)家认为这(zhè)可以用来解释，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量(liàng)也符合这(zhè)个(gè)周期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又在南半(bàn)球建立了(le)一个几乎(hū)相同的(de)实验室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相反(fǎn)，而(ér)在这(zhè)里，地(dì)球穿(chuān)过暗(àn)物质(zhì)流的(de)运动特征和第一个(gè)实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同的信(xìn)号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前(qián)还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜(jìng)，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的(de)宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关(guān)键的用途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以(yǐ)待了(le)。费米实(shí)验室粒(lì)子天体物理中心的科学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命进(jìn)化的(de)一个重要因素。

如(rú)果这一(yī)理论得到进一步(bù)的证实(shí)，那么(me)遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物(wù)质会不(bù)会(huì)意(yì)味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当(dāng)中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大(dà)前提(tí)是要先(xiān)找到暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的实(shí)际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持(chí)是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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