宇宙(zhòu)是“人(rén)为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是(shì)什(shén)么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科(kē)学家(jiā)们在(zài)过去的(de)几十(shí)年(nián)当中进行(xíng)了超(chāo)过50次(cì)的(de)长期(qī)实验，但是却没有发现(xiàn)任何的(de)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，埃萨克牛顿发(fā)表了(le)万有引力定律，它(tā)揭示(shì)了(le)宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文(wén)学家们发(fā)现某些天体运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符(fú)合万有引力定(dìng)律(lǜ)的(de)时(shí)候，他(tā)们就(jiù)会知道，周围(wéi)一(yī)定有未(wèi)知(zhī)的(de)天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星(xīng)运行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得重大天文(wén)成就的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星(xīng)系或者是(shì)星团的(de)尺度(dù)，事情就(jiù)开(kāi)始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测(cè)量(liàng)后发星系团的质量。这是一个由数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结(jié)果一(yī)致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第(dì)一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是(shì)测量各个星系的光(guāng)度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团中的(de)各个星系相对于星(xīng)系团的运动速(sù)度。当(dāng)测(cè)量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可见光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度(dù)的过(guò)程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星(xīng)系团中(zhōng)很多星系的速度(dù)比理论上要快得多(duō)，按照牛(niú)顿(dùn)的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这(zhè)些可(kě)见星系的质量所产生的(de)引力是无法将它(tā)们(men)束缚在星系团内(nèi)的，它们早(zǎo)就应该被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来(lái)源(yuán)于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了(le)这样部分(fēn)不(bù)可见(jiàn)的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们(men)却(què)占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人(rén)们(men)对这(zhè)样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福(fú)特在观测(cè)仙女座(zuò)星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度(dù)就会(huì)越(yuè)慢。但是他们观测的结果却(què)让人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的增加，恒星的(de)旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的(de)万(wàn)有引力(lì)定律，在星(xīng)系(xì)当中如果没有足够大的质量(liàng)来(lái)吸引它们(men)，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象(xiàng)，科学(xué)家(jiā)们会使用一种相对标准(zhǔn)的方(fāng)法来解释暗物质的存(cún)在，这(zhè)种方(fāng)法就是(shì)测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的(de)距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的(de)旋转速度。如果(guǒ)出现异(yì)常(cháng)的结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物(wù)质(zhì)的(de)力量进(jìn)入其中。

于是科学(xué)家们通过(guò)射电望远镜测量了距离星(xīng)系中心更远距离(lí)的(de)氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系(xì)位(wèi)于银(yín)河系的第三悬臂(bì)之(zhī)上，距(jù)离(lí)银河(hé)系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围绕银河(hé)系(xì)旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度(dù)，那么(me)产生以上(shàng)这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看(kàn)不到的物质(zhì)，是这些暗物(wù)质的引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越(yuè)来越多的研究人员(yuán)开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整(zhěng)个星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不(bù)是(shì)唯一(yī)可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应(yīng)的遥远恒星之间，也会(huì)出现速(sù)度(dù)上(shàng)的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学家还发现(xiàn)了一个(gè)反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数(shù)量(liàng)却只(zhǐ)有(yǒu)银河系(xì)的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系(xì)必(bì)须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时(shí)的详细测(cè)量(liàng)之后，发现(xiàn)星(xīng)系中(zhōng)的恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)是可以用正常的物质(zhì)和力学定律来解(jiě)释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大(dà)星(xīng)系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没(méi)有任何(hé)星系存(cún)在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还(hái)不够(gòu)全(quán)面，引力(lì)很可能在不同尺度空间(jiān)中的工(gōng)作方式是(shì)不(bù)同的，这意(yì)味着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理(lǐ)解(jiě)的方式运动(dòng)。但是上(shàng)升(shēng)到(dào)星系和(hé)星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互(hù)作用则是不同(tóng)的(de)方式。对(duì)于在(zài)星系团之(zhī)间的相(xiāng)互作用(yòng)，科(kē)学家还引入了外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百(bǎi)万光年(nián)的规模上，巨大的(de)质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味(wèi)着我们需要对现在(zài)的(de)物理定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关于暗(àn)物质存在的其他(tā)的(de)理(lǐ)论证据，这些(xiē)理论证(zhèng)据(jù)是蒙(méng)德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个(gè)碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星团(tuán)，它(tā)们大部分的普通质(zhì)量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际(jì)气体的相互作用就会(huì)导(dǎo)致温度(dù)的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系(xì)团大部分的质量(liàng)将位于所有(yǒu)这些气(qì)体所在的中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们通过什么(me)来验(yàn)证它(tā)的质量区域(yù)到底是不是集(jí)中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在照片中我们(men)可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多星系(xì)似乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大的形变(biàn)。其实这(zhè)些(xiē)星(xīng)系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜出了什(shén)么(me)问题，而(ér)是(shì)这样极遥(yáo)远的天体和我们地球(qiú)上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮(zhē)挡，这个(gè)超(chāo)大质量的东西的(de)引(yǐn)力，会使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨大的天体(tǐ)可能(néng)是超大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星系团观测的(de)时候(hòu)，发现它的大质量(liàng)区(qū)域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方(fāng)法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在(zài)两边(biān)形成了引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研究(jiū)也被认为是(shì)暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年(nián)之(zhī)后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上(shàng)留下(xià)了各相同性的微波(bō)辐射(shè)。其中(zhōng)红色(sè)的部分表示温度较高的(de)区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域(yù)，但(dàn)实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之(zhī)一(yī)。

科学(xué)家们通过对前景背景(jǐng)分离后(hòu)的(de)二(èr)值图像(xiàng)进(jìn)行(xíng)连通(tōng)域提取和(hé)标记之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不(bù)应该是这样的(de)，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才(cá一山放过一山拦全诗原版，一山放过一山拦全诗是什么诗i)变(biàn)得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我(wǒ)们(men)需要的暗(àn)物质大约是普通物质(zhì)的(de)5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需(xū)要的(de)暗物(wù)质(zhì)比(bǐ)例(lì)是一致的(de)。这就意味着(zhe)。

用了一(yī)个简单的理论(lùn)框(kuāng)架(jià)，就很好(hǎo)地(dì)解释了(le)很多不(bù)同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质就是(shì)宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们不(bù)参(cān)与任(rèn)何其他(tā)的电磁作用，只通(tōng)过(guò)引力来相互作用(yòng)。所(suǒ)以(yǐ)如果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到(dào)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(shí)种的(de)假想目标，而(ér)要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进(jìn)行了超(chāo)过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性(xìng)的(de)发(fā)现，除了一(yī)个(gè)地方，意大利(lì)的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球上最大的(de)地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层(céng)楼(lóu)高的探测(cè)器，一(yī)直致力(lì)于(yú)寻(xún)找暗物质粒子的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科(kē)学(xué)家(jiā)声称观测(cè)到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年(nián)的(de)数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中(zhōng)每(měi)年都是一(yī)样(yàng)。一(yī)些科学家认(rèn)为这可(kě)能是(shì)人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产(chǎn)生周期性的年度(dù)信号(hào)呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味(wèi)着我们也在(zài)以这(zhè)样的速度在(zài)穿越着暗物(wù)质流，这个过程(chéng)中会产生相应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太(tài)阳的方向与太(tài)阳环绕(rào)银河系的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而(ér)另外(wài)半年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月(yuè)份的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的方(fāng)向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的(de)时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰好达到(dào)了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学(xué)家认为这可以用来解(jiě)释(shì)，研(yán)究人员们所观测到(dào)的周期(qī)性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期信号的(de)差异也(yě)可能是温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的(de)水分(fēn)、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客(kè)的数量也符合这(zhè)个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立了一个几(jǐ)乎相同的(de)实验室(shì)，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正好(hǎo)相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的(de)运动特征和第一(yī)个实(shí)验室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如(rú)果在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的(de)非常有力的(de)证据(jù)了。但是由于这(zhè)个(gè)实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的望远镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提供(gōng)的(de)视野(yě)是哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键的(de)用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验(yàn)室(shì)粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生(shēng)，或者说是生命(mìng)进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗(àn)物质(zhì)会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个(gè)角落的行(xíng)星(xīng)上，暗(àn)物质正在(zài)通过这样(yàng)的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然(rán)，这些推论的(de)大前提是要先找到(dào)暗物质存在的实际(jì)证据。那(nà)么小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得(dé)暗物(wù)质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支持是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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