宇宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解(jiě)释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存(cún)在的证据(jù)，科学(xué)家们在(zài)过去(qù)的(de)几(jǐ)十年当(dāng)中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发(fā)现任何的有效证据。除(chú)了(le)一个地方，在1687年(nián)出版的(de)自然哲学数(shù)学(xué)原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力(lì)定律，它(tā)揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后(hòu)的几百年(nián)来，当(dāng)天文学家们发(fā)现某些天体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有引力(lì)定律的时(shí)候，他(tā)们(men)就会知道，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的天(tiān)体通过引力(lì)在(zài)摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王星(xīng)运行轨唐家三少娶了年轻女学生，唐家三少娶了年轻女学生是真的吗道的异常，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应(yīng)用(yòng)万有引(yǐn)力定(dìng)律所取(qǔ)得重大天文成就的例(lì)子。但是这些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是(shì)星团的尺度，事(shì)情(qíng)就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量(liàng)后(hòu)发(fā)星(xīng)系团(tuán)的质量。这是(shì)一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚在一起。测(cè)量星系(xì)团的质量(liàng)一般(bān)会(huì)使用(yòng)到(dào)两种方法，当(dāng)两种方法结(jié)果(guǒ)一致，就可以确(què)定(dìng)其质量的(de)范(fàn)围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各个(gè)星(xīng)系(xì)的光(guāng)度。

第二种是动力学质(zhì)量(liàng)的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系相对于星系团(tuán)的运动速度。当测量结(jié)果出来(lái)之后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度(dù)学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的(de)质(zhì)量消(xiāo)失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的(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(sù)度的(de)过程(chéng)中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多(duō)星系的速度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星(xīng)系的质量所产生的(de)引力是无法将它们(men)束缚在(zài)星系(xì)团内的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外了(le)，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来源于某种隐形的(de)物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提(tí)出了(le)这(zhè)样部分(fēn)不可见的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但(dàn)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(yàng)的一种说法不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道上的(de)运行速度(dù)就(jiù)会(huì)越(yuè)慢(màn)。但是他们观测(cè)的结果却让人感到不(bù)可思议。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎(hū)保持不变。可(kě)是根(gēn)据(jù)牛(niú)顿的(de)万(wàn)有引力定律，在星系(xì)当中(zhōng)如(rú)果没有足够大(dà)的质量来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外(wài)围的恒星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当(dāng)中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准的方法(fǎ)来(lái)解释暗(àn)物(wù)质的存在(zài)，这种方(fāng)法(fǎ)就是(shì)测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入(rù)其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛(niú)顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我们(men)的太(tài)阳系也不例外，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的第三悬(xuán)臂(bì)之上(shàng)，距离银(yín)河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引(yǐn)力定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的(de)速度(dù)围绕银(yín)河(hé)系旋转，这(zhè)个实(shí)际速(sù)度远远大(dà)于理论速度(dù)，那(nà)么产生以上这种向心加速度的原(yuán)因很可能就是存在着一种我们看不到的物(wù)质(zhì)，是这些暗物(wù)质的(de)引力效应(yīng)将星系聚集(jí)在了(le)一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的(de)研究人员开始相信暗物质的(de)存在。科学家根据(jù)星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯一(yī)可以解释这(zhè)个现(xiàn)象的原(yuán)因。在一项新的(de)研究当中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外(wài)，天文(wén)学家还发(fā)现了一个(gè)反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系(xì)不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否(fǒu)则就(jiù)会分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家们使用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量之后，发(fā)现星(xīng)系中的恒星运(yùn)动是可(kě)以用正(zhèng)常的物(wù)质和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥离了(le)。奇(qí)怪的(de)是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就是人类(lèi)对引(yǐn)力的理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不(bù)同(tóng)尺(chǐ)度空间(jiān)中(zhōng)的工作方式是不(bù)同的，这意味着在(zài)行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力(lì)之间(jiān)的(de)相互作用则是不同(tóng)的(de)方式。对于在星系团之间的相互作用，科学(xué)家还引(yǐn)入了外(wài)部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大的(de)质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需要(yào)对现在的物理定律进行(xíng)修正，这(zhè)些发现也让很(hěn)多人认为暗物(wù)质假说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于(yú)暗物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法解释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光年的(de)子弹星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的(de)星系团所组成，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它们(men)大部分(fēn)的普通质量都(dōu)在(zài)星系的气体当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候(hòu)，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所(suǒ)有(yǒu)这些气(qì)体所在的(de)中间(jiān)区域(yù)。那么我们(men)通过(guò)什么来验证它的质量区(qū)域到底是不(bù)是集(jí)中在中(zhōng)间呢(ne)？前(qián)不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传(c唐家三少娶了年轻女学生，唐家三少娶了年轻女学生是真的吗huán)回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以明显地(dì)看到很多星(xīng)系(xì)似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形(xíng)变(biàn)。其(qí)实这些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不(bù)是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出(chū)了(le)什么问题(tí)，而是(shì)这样极遥远的天体和我们地(dì)球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大(dà)的(de)天体遮(zhē)挡，这(zhè)个(gè)超大质量的东西的引力，会(huì)使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都发(fā)生了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这(zhè)个(gè)巨大的天体可(kě)能(néng)是超大质量的黑洞(dòng)或(huò)者(zhě)是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星系团观测的(de)时候(hòu)，发现它的大质量区域并不(bù)是(shì)在中间(jiān)，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团发生全部的(de)碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物(wù)质则(zé)直接通过(guò)了(le)这个区域(yù)，并(bìng)在(zài)两边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的引力(lì)透镜研(yán)究也被认(rèn)为是暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于(yú)可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这(zhè)些(xiē)光在宇(yǔ)宙空(kōng)间(jiān)背景上留下了(le)各相同性的微波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度较高的(de)区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区(qū)域，但(dàn)实际上它们(men)之(zhī)间(jiān)的(de)温差只(zhǐ)有万分之一。

科学(xué)家(jiā)们通过对前景背景分(fēn)离(lí)后的二值(zhí)图像进行连(lián)通(tōng)域提取(qǔ)和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样的(de)，而(ér)随着暗(àn)物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度(dù)会减小，才变(biàn)得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们需(xū)要的暗物(wù)质(zhì)大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗(àn)物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的(de)粒子(zi)，它们(men)不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以(yǐ)如(rú)果(guǒ)能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物(wù)质存(cún)在(zài)的实际证据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是(shì)什么？科学家们已经提出了数十(shí)种(zhǒng)的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不(bù)同的目标(biāo)粒子(zi)所需要(yào)的(de)实(shí)验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一(yī)个地(dì)方，意(yì)大利的格(gé)兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地(dì)学实验室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到(dào)了某种信号(hào)。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每年(nián)都(dōu)是一样(yàng)。一些科学家认为这可能(néng)是(shì)人类发现暗物质的(de)第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是(shì)为什么(me)暗物质会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那(nà)么如果暗物质存(cún)在(zài)宇宙当中，这(zhè)意味着我们(men)也在以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会(huì)产生相应(yīng)的振荡，同时地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地(dì)球围绕(rào)太阳(yáng)的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方(fāng)向正好达到(dào)完全一致，这是(shì)理论上地球穿越(yuè)暗物(wù)质流最快的(de)时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的(de)情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并(bìng)不(bù)影响这个理论的(de)有效性(xìng)。

因(yīn)此(cǐ)科学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人(rén)员们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性(xìng)信(xìn)号。当然也(yě)可(kě)能有(yǒu)其他的(de)情况，造成这种年度周期信(xìn)号的(de)差异也可能(néng)是温度(dù)、湿(shī)度(dù)、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山上的(de)积雪，甚至连(lián)意大利(lì)游客的数量也符合这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又在(zài)南半球建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同的(de)实(shí)验(yàn)室，这里的季(jì)节(jié)与之前的实验室(shì)正好(hǎo)相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得到相同的(de)信号，就可(kě)以成为暗物(wù)质所存在的非常有力(lì)的(de)证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以截至目前(qián)还无法(fǎ)提供相应(yīng)的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器提供(gōng)的视野是哈勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯(sī)罗曼太空望远镜(jìng)其中(zhōng)一(yī)个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我们只能(néng)拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果(guǒ)暗(àn)物(wù)质存在，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命(mìng)进化(huà)的一(yī)个重(zhòng)要因素(sù)。

如果这一理论得到(dào)进(jìn)一(yī)步(bù)的(de)证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的(de)大(dà)前提是要先找到暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们(men)，你(nǐ)们觉(jué)得暗物(wù)质到底存(cún)不存在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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