宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的(de)证据，科学家们在(zài)过(guò)去的几十年当(dāng)中进行了超(chāo)过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的(de)自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表了(le)万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道(dào)出现异常，不符合(hé)万有(yǒu)引力定律的时(shí)候(hòu)，他们就会(huì)知道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星(xīng)运(yùn)行轨道的异(yì)常(cháng)，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王星(xīng)的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应(yīng)用万(wàn)有引力定(dìng)律所取(qǔ)得(dé)重大天(tiān)文(wén)成就的例子(zi)。但(dàn)是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我(wǒ)们(men)上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基正在研(yán)究和(hé)测量后发星系团的质量。这是(shì)一个由数千个星(xīng)系所组成的巨(jù)大(dà)星系团，这些星系被(bèi)引(yǐn)力束(shù)缚(fù)在一起。测量星系团的(de)质量(liàng)一(yī)般会使(shǐ)用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以(yǐ)确定其(qí)质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各(gè)个星(xīng)系(xì)的(de)光度。

第(dì)二种是(shì)动(dòng)力学质量的计算(suàn)，是利(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度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的(de)质量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们(men)无法看(kàn)到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很(hěn)多(duō)星系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的(de)质量所产(chǎn)生的引力(lì)是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该(gāi)被抛出星(xīng)系团之(zhī)外了，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的力(lì)量在起作(zuò)用，这种力量(liàng)来源于某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗(àn)质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到(dào)40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天(tiān)文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福(fú)特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离(lí)中心越远的恒(héng)星在其轨道(dào)上的运行(xíng)速度就会越(yuè)慢。但是他们(men)观测(cè)的结果却让人感到不可思(sī)议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的(de)增(zēng)加，恒星的(de)旋转速度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可(kě)是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星(xīng)系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来(lái)吸引它们，这些外(wài)围(wéi)的恒星(xīng)早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会(huì)使用一种相对标准的(de)方法来解释暗物质(zhì)的存(cún)在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气(qì)体在X轴上距离(lí)星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就认(rèn)为(wèi)是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系(xì)中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它(tā)们的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银(yín)河系中(zhōng)心(xīn)2.6万(wàn)光年(nián)，根据万有(yǒu)引力定律进行计(jì)算，太(tài)阳系的运行速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际速(sù)度远远大于理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生以上(shàng)这种向心加速度的(de)原因很可能就是存在着(zhe)一种我(wǒ)们看不到的物质，是(shì)这(zhè)些暗(àn)物质(zhì)的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人(rén)员开(kāi)始相信暗物(wù)质(zhì)的(de)存在。科学家根(gēn)据星系外恒星(xīng)轨道的(de)速度(dù)，估算(suàn)在星系当中暗物(wù)质的质(zhì)量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项新的(de)研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间(jiān)，也会(huì)出现速度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发(fā)现了一(yī)个(gè)反常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银(yín)河(hé)系不多，但是星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)存在的恒(héng)星数(shù)量(liàng)却只有(yǒu)银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必(bì)须存在暗物(wù)质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量之后(hòu)，发现星系中(zhōng)的(de)恒星运(yùn)动是可(kě)以用正(zhèng)常(cháng)的物质和力学定律来(lái)解(jiě)释的(de)。那么(me)又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离(lí)了(le)。奇怪的(de)是，它的附近没有任(rèn)何星(xīng)系存在。造(zào)成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说(shuō)之(zhī)外(wài)，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺(chǐ)度空间中的工(gōng)作方式(shì)是(shì)不同的，这(zhè)意味着在行星系(xì)尺度中(zhōng)的天体会沿着它(tā)们的轨道(dào)，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相互作用(yòng)则是不同的(de)方式。对(duì)于在星系团之间的相互(hù)作用(yòng)，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概念，指的(de)是(shì)在数百万光年(nián)的(de)规模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味(wèi)着我们需要(yào)对现(xiàn)在(zài)的(de)物理定(dìng)律进行(xíng)修正，这(zhè)些发现也(yě)让(ràng)很多人认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理(lǐ)论(lùn)就此终结(jié)。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其他的理论(lùn)证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系(xì)团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这(zhè)样的(de)星(xīng)团，它们大部分(fēn)的普(pǔ)通质量都在(zài)星系的气(qì)体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星(xīng)际(jì)气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于所有这些气(qì)体所在(zài)的中间区域。那么我们通过什(shén)么来验证它(tā)的质量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在照片中我(wǒ)们可以(yǐ)明显地看到很(hěn)多星系(xì)似乎被拉伸产生了(le)巨(jù)大的形变(biàn)。其实(shí)这些星系(xì)本身(shēn)并不是真的(de)被(bèi)扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球(qiú)上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质量的(de)东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的(de)光(guāng)都发生了(le)扭(niǔ)曲。这个现象就是引力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以当人们对(duì)子弹星(xīng)系团观测的(de)时(shí)候，发现它的大质量区域并(bìng)不是(shì)在中间，而是(shì)在两侧(cè)。所以最(zuì)好的解释方法就是当星(xīng)团发(fā)生全(quán)部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气(qì)体被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗物(wù)质则(zé)直接通过了(le)这(zhè)个(gè)区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜研究(jiū)也被(bèi)认为是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今(jīn)为(wèi)止最好(hǎo)的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空间(jiān)背景上(shàng)留下了(le)各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分(fēn)表示温(wēn)度较(jiào)高(gāo)的(de)区(qū)域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的(de)温差只有万分(fēn)之(zhī)一(yī)。

科学家们(men)通过对前景背景分离(lí)后(hòu)的(de)二值图像进行连通域提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来(lái)不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值(zhí)的(de)幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背景辐(fú)射(shè)的测量值，我(wǒ)们(men)需要的暗物质大约(yuē)是普通物质(zhì)的(de)5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所需(xū)要(yào)的暗物质(zhì)比例是一致的。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了一个简单的(de)理论框架，就(jiù)很好地解释了(le)很多(duō)不同的(de)观测结果。而(ér)暗物(wù)质的本质就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力(lì)来相互作用。所以如(rú)果(guǒ)能够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的存在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底(dǐ)是(shì)什(shén)么？科学家们已(yǐ)经提出了数十(shí)种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子所(suǒ)需要的(de)实(shí)验(yàn)方(fāng)式也不相同。在过去的(de)几十年当中，人类为了寻(xún)找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的实验，却(què)没有任何实(shí)质性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地(dì)学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的科学(xué)家声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探(tàn)测率会在每年的(de)6月(yuè)份达到峰值，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年当(dāng)中(zhōng)每年都(dōu)是一样。一些科学(xué)家(jiā)认为(wèi)这可(kě)能是人类发现暗物(wù)质的第(dì)一个直(zhí)接证据。

但是为什(shén)么(me)暗物质(zhì)会(huì)产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系(xì)正在(zài)以220公(gōng)里/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕着银(yín)河系(xì)进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳(yáng)进行旋(xuán)转。所以有半年的(de)时(shí)间，地球(qiú)围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕(rào)银(yín)河系的(de)方向是(shì)一致的，而另外半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的(de)时(shí)候，地球与太(tài)阳的(de)方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论(lùn)上(shàng)地球穿(chuān)越暗物(wù)质流(liú)最(zuì)快(kuài)的时(shí)段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好达到了(le)最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际(jì)的情(qíng)况(kuàng)中(zhōng)，太(tài)阳系相对银河系的平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的(de)有(yǒu)效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来(lái)解释，研究人员们所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也(yě)可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也符合这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实(shí)验室，这里的季节与(yǔ)之前(qián)的实验室(shì)正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的(de)运动特征和第一个(gè)实验(yàn)室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得(dé)到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相同(tóng)，但它(tā)的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关(guān)键的用途就(jiù)是探索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘(mì)，对(duì)于探测(cè)的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如(rú)果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存在，它们极有可能(néng)拥(yōng)有另(lìng)一(yī)种神秘的(de)效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的(de)诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要(yào)因素。

如(rú)果这一(yī)理论(lùn)得到进一步的证实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类并不孤(gū)单(dān)呢(ne)？或(huò)许在宇宙当中某个角落(luò)的(de)行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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