宇宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是(shì)什么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的(de)证据，科学(xué)家们在过去的几十(shí)年当中进行了超过50次(cì)的(de)长期实验，但(dàn)是却没(méi)有发现任何的有效证据。除了一(yī)个地(dì)方(fāng)，在1687年(nián)出版的自然哲学(xué)数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学(xué)家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一(yī)定有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨道(dào)的异(yì)常，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取(qǔ)得(dé)重(zhòng)大天文(wén)成就的例子。但是(shì)这(zhè)些发现(xiàn)都(dōu)是在恒星系(xì)统的尺(chǐ)度(dù)当中，可当我(wǒ)们(men)上升到星(xīng)系或者(zhě)是(shì)星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基正在研究和(hé)测量后发(fā)星系(xì)团(tuán)的质量(liàng)。这是一个由数(shù)千(qiān)个星系所组成的巨(jù)大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量星系(xì)团的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当(dāng)两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定(dìng)其(qí)质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其"光度学的(de)质量(liàng)"，需要的数据是(shì)测量(liàng)各个(gè)星(xīng)系的光度。

第二种是(shì)动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测(cè)量星系团(tuán)中的各(gè)个星(xīng)系相对于星系团(tuán)的运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟(jìng)然是(shì)“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味(wèi)着(zhe)，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并(bìng)不(bù)以可(kě)见光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最(zuì)诡异的是(shì)，在测(cè)量速度的过程(chéng)中，兹威(wēi)基(jī)发现星系(xì)团(tuán)中很多(duō)星系的速度(dù)比理论上(shàng)要快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的(de)运动(dòng)学定律，仅靠(kào)这些可(kě)见星(xīng)系的质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束(shù)缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量(liàng)在起作(zuò)用，这种力量来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗(àn)质(zhì)，它(tā)不发(fā)散光(guāng)、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是(shì)它们(men)却占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是(shì)当(dāng)时(shí)的人(rén)们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾(gù)。

直(zhí)到(dào)40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再(zài)一次(cì)出现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在观测仙女座星系(xì)中的恒星运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上(shàng)的运行(xíng)速度(dù)就会越慢。但是(shì)他们(men)观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如(rú)果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外(wài)围(wéi)的(de)恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家们会使(shǐ)用一(yī)种相(xiāng)对标(biāo)准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是测(cè)量星系当中气(qì)体在X轴上距离星(xīng)系中(zhōng)心的距(jù)离(lí)，以(yǐ)及(jí)在Y轴(zhóu)上气(qì)体的(de)旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通(tōng)过(guò)射电望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离(lí)星系(xì)中心更远距离(lí)的氢(qīng)元素(sù)，发现它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之(zhī)上，距离(lí)银(yín)河系(xì)中心2.6万光年，根据(jù)万有引(yǐn)力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系(xì)旋转，这(zhè)个实际(jì)速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速(sù)度，那么(me)产(chǎn)生(shēng)以上这种向心加速度的原因(yīn)很可(kě)能就(jiù)是存在着一种我(wǒ)们看不到的物(wù)质，是这些(xiē)暗物质(zhì)的引力效应将星(xīng)系聚(jù)集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人(rén)员(yuán)开始(shǐ)相信暗(àn)物质的(de)存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道(dào)的速(sù)度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的(de)原因(yīn)。在一项(xiàng)新的(de)研究当中，科学(xué)家们(men)发现(xiàn)，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也(yě)会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学家(jiā)还(hái)发现了一个(gè)反(fǎn)常(cháng)的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系乌龟最长寿命是多少年的，乌龟最长寿能活多少年(xì)当中存在(zài)的(de)恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有银河系(xì)的千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该星系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则就会分崩离(lí)析。但是(shì)科学家(jiā)们使用(yòng)最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星(xīng)运动是可(kě)以用正常的(de)物质(zhì)和(hé)力学(xué)定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附(fù)近的(de)另一个大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近没有任何(hé)星系存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之(zhī)外，另(lìng)一(yī)种可能就是人(rén)类对(duì)引力(lì)的(de)理解还不够全面，引力很可能(néng)在不同尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们(men)的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理(lǐ)解的方(fāng)式运(yùn)动。但是上升到星(xīng)系和(hé)星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用(yòng)则是不(bù)同(tóng)的方式。对于(yú)在星系(xì)团之间的相互(hù)作用，科学家还引入了(le)外部(bù)场效应(yīng)的(de)概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨(jù)大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意(yì)味(wèi)着我们需要(yào)对(duì)现(xiàn)在(zài)的物理定律进行修(xiū)正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人认(rèn)为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他的(de)理论证据(jù)，这些理(lǐ)论证据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系团，由两个(gè)碰撞的(de)星系团所组成，类(lèi)似这(zhè)样的星团，它们大部分的(de)普通质量都在星系的气(qì)体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际(jì)气(qì)体(tǐ)的相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高(gāo)，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星系(xì)团大部(bù)分的质量将位(wèi)于所有这些气体所在的中间区域。那么(me)我们通(tōng)过什(shén)么来验证它的(de)质(zhì)量区(qū)域到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在(zài)中间(jiān)呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明(míng)显地(dì)看到(dào)很(hěn)多星系似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变。其实(shí)这些(xiē)星系本(běn)身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什么问(wèn)题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远(yuǎn)星(xīng)系(xì)的光都发生了扭曲。这(zhè)个(gè)现象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能(néng)是超大质量的黑(hēi)洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所(suǒ)以当(dāng)人(rén)们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发(fā)现它的大(dà)质(zhì)量区(qū)域(yù)并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方(fāng)法就是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被(bèi)观(guān)测到的质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子(zi)弹(dàn)星系团的(de)引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物(wù)质存在的迄今为(wèi)止最好(hǎo)的理论(lùn)证据(jù)。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可(kě)见光终(zhōng)于可(kě)以畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年(nián)之(zhī)后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表示相对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家们(men)通过对前景背景(jǐng)分离(lí)后(hòu)的二值(zhí)图像进行连通域(yù)提取和(hé)标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图(tú)形看起来(lái)不应(yīng)该是这样的，而(ér)随着(zhe)暗(àn)物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解释星系当(dāng)中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗(àn)物质(zhì)比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的(de)理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多(duō)不同(tóng)的观测结(jié)果(guǒ)。而(ér)暗物(wù)质的(de)本(běn)质就是宇宙当(dāng)中存在(zài)着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子，它们(men)不参与任(rèn)何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来(lái)相互作用(yòng)。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的(de)存(cún)在，就相当于找到了暗(àn)物(wù)质存在的实(shí)际(jì)证据。这种粒子(zi)到底是(shì)什么？科学(xué)家们已经提出了(le)数(shù)十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒(lì)子(zi)所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻找这些(xiē)看不见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物(wù)质(zhì)相互作用(yòng)的(de)“暗(àn)物质”，科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)已经(jīng)进行了超过50次的(de)实验，却(què)没有任(rèn)何(hé)实(shí)质性的发现，除(chú)了一(yī)个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的(de)地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器(qì)，一直致力(lì)于(yú)寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒(lì)子(zi)的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多(duō)年的数据收(shōu)集(jí)，人们发现了一个有趣(qù)的(de)事情。探(tàn)测(cè)率会(huì)在每(měi)年(nián)的6月份(fèn)达(dá)到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年(nián)都是(shì)一(yī)样(yàng)。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗物(wù)质会产(chǎn)生周期性的(de)年(nián)度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速(sù)度围绕着银(yín)河系进行(xíng)移动，那(nà)么如(rú)果暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我们也在(zài)以这(zhè)样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个(gè)过程(chéng)中会(huì)产生(shēng)相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系(xì)的方(fāng)向是一致的，而(ér)另外半(bàn)年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到(dào)完全一致(zhì)，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段(duàn)。而(ér)在(zài)11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了(le)最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系(xì)相(xiāng)对(duì)银(yín)河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响(xiǎng)这个理论(lùn)的(de)有(yǒu)效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究(jiū)人(rén)员们所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可能(néng)有(yǒu)其(qí)他的情况，造成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚至连(lián)意(yì)大利(lì)游客的数量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家(jiā)们又在(zài)南半球(qiú)建立了(le)一个几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这里的季节与(yǔ)之前(qián)的实验室(shì)正好相反，而(ér)在这里，地球穿过(guò)暗物质流的(de)运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在这(zhè)里可以得到相同(tóng)的信号，就(jiù)可(kě)以成为暗物(wù)质所(suǒ)存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这个(gè)实验(yàn)室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还无法(fǎ)提(tí)供相应的数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外(wài)仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其(qí)中一个关键的用(yòng)途就(jiù)是(shì)探索暗(àn)物质背后的奥(ào)秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现，如(rú)果暗物(wù)质存在，它们极有可能(néng)拥(yōng)有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化(huà)的一个重要因素。

如(rú)果(guǒ)这一理论得到(dào)进一步的(de)证(zhèng)实(shí)，那(nà)么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或(huò)许在(zài)宇宙当中某个角落(luò)的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造(zào)生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是(shì)要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质(zhì)到底(dǐ)存不存(cún)在呢(ne)？喜(xǐ)欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更新(xīn)的动力(lì)！

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