宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法(fǎ)解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又究竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中(zhōng)进(jìn)行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却(què)没有发现任何的有效证据(jù)。除了一个地(dì)方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨(sà)克(kè)牛顿发表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的(de)规律。往后的几百年(nián)来(lái)，当天文(wén)学(xué)家(jiā)们发现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不(bù)符合万有引力定律(lǜ)的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的(de)天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶(yé)就通过(guò)天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星(xīng)的存在。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都是(shì)应用万有引力定(dìng)律所取(qǔ)得重大天文成就的(de)例(lì)子(zi)。但是这(zhè)些发现都(dōu)是在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中，可(kě)当我(wǒ)们上升到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星(xīng)系团(tuán)的质量。这是(shì)一个(gè)由数千个星系所组(zǔ)成(chéng)的(de)巨大星(xīng)系(xì)团，这(zhè)些(xiē)星系被引力束缚(fù)在一(yī)起。测量(liàng)星系团的质量(liàng)一(yī)般会使用到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方法结果一(yī)致(zhì)，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是(shì)获得(dé)其(qí)"光度学的质量"，需要的(de)数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计(jì)算，是利用(yòng)光谱红移测量(liàng)星系(xì)团中(zhōng)的各(gè)个(gè)星系相对于星系团的运动速(sù)度(dù)。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无(wú)法看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发(fā)现星(xīng)系(xì)团中很多(duō)星系的速度比理(lǐ)论(lùn)上要快(kuài)得多，按(àn)照(zhào)牛顿(dùn)的(de)运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系的质量所(suǒ)产生(shēng)的引力是无法将它们(men)束缚在星系团内的，它(tā)们早就(jiù)应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非(fēi)有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了(le)这样部(bù)分不(bù)可(kě)见的(de)暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的人们对(duì)这样的一(yī)种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个词才再一(yī)次出(chū)现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中(zhōng)的(de)恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在其阴肖指的是哪几个生肖，阴肖指的是哪几个生肖呢(qí)轨道上的运行(xíng)速(sù)度就(jiù)会越慢。但是他(tā)们观测的(de)结果却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系(xì)当中如果没有足够大(dà)的(de)质量来吸(xī)引(yǐn)它(tā)们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家(jiā)们会使用一种相(xiāng)对标准的(de)方法来解(jiě)释暗物(wù)质的存在(zài)，这种方法就(jiù)是(shì)测量星(xīng)系当中气(qì)体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离(lí)星系中心(xīn)的距离(lí)，以(yǐ)及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物质的力(lì)量(liàng)进入其中。

于是科学(xué)家们通过射(shè)电望远镜测量了距离星系(xì)中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不(bù)符合(hé)牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不例外(wài)，太阳系位于银(yín)河系(xì)的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕银河(hé)系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那(nà)么产生以上这种向心加速(sù)度的原因很可能就是存在着一种我们(men)看不到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗物(wù)质(zhì)的引力(lì)效(xiào)应将(jiāng)星系(xì)聚集在了(le)一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物(wù)质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当(dāng)中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占整(zhěng)个星(xīng)系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎(hū)没有引(yǐn)力效应(yīng)的(de)遥远恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的(de)微(wēi)小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学家(jiā)还发现了一个(gè)反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河(hé)系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论阴肖指的是哪几个生肖，阴肖指的是哪几个生肖呢(lùn)上，该星(xīng)系必须存(cún)在暗(àn)物(wù)质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离析。但是科学家们使用最(zuì)先进的望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个(gè)小时(shí)的详细测量之(zhī)后，发现星系中的(de)恒星运动是可以用正常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经(jīng)被附近的另一个大星(xīng)系剥离(lí)了。奇(qí)怪的(de)是，它的(de)附(fù)近(jìn)没有(yǒu)任何星系存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的(de)除了暗(àn)物质的假说之外，另一(yī)种可能就是(shì)人(rén)类对引力的理(lǐ)解(jiě)还不(bù)够全面，引力很可能在(zài)不同尺度(dù)空间中的工作方(fāng)式是不同(tóng)的，这(zhè)意味着在行星系(xì)尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用(yòng)则是不同的方式。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了外(wài)部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规(guī)模上，巨大(dà)的(de)质量之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊的(de)效(xiào)果，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这意味着我们(men)需要(yào)对(duì)现在的物理定(dìng)律进行(xíng)修正，这些(xiē)发现(xiàn)也让(ràng)很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于(yú)暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的其他(tā)的理论证据(jù)，这(zhè)些理论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升(shēng)高(gāo)，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那(nà)么我们通(tōng)过什么(me)来验证它的质(zhì)量区域到底是(shì)不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张全(quán)彩的高清照片(piàn)，在照片中(zhōng)我们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了(le)巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并(bìng)不是真的(de)被(bèi)扭(niǔ)曲(qū)了，也(yě)不是韦伯(bó)望(wàng)远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极(jí)遥远的(de)天体和我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨大的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质量的东西(xī)的(de)引(yǐn)力(lì)，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远星(xīng)系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效应。这个(gè)巨大的(de)天体可(kě)能是超大质(zhì)量的黑洞或(huò)者(zhě)是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹星系团(tuán)观测的(de)时候，发现(xiàn)它(tā)的大质(zhì)量区(qū)域并不(bù)是在中间，而(ér)是(shì)在(zài)两侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释方法就是(shì)当星(xīng)团发生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在了(le)中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个(gè)区(qū)域，并在两边形成(chéng)了引(yǐn)力(lì)透镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的(de)迄今(jīn)为止最好的理论证据(jù)。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的(de)光(guāng)。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于(yú)可(kě)以畅(chàng)通无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的(de)部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但(dàn)实际(jì)上(shàng)它们(men)之(zhī)间的温差只有(yǒu)万(wàn)分之(zhī)一。

科(kē)学家们通(tōng)过对前景(jǐng)背景(jǐng)分离后的二值图(tú)像(xiàng)进(jìn)行连通域提取和标记(jì)之后(hòu)发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的(de)，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才(cái)变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个(gè)简单的理(lǐ)论(lùn)框架，就很好(hǎo)地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不(bù)参与任何其他(tā)的(de)电磁(cí)作用，只通过(guò)引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所(suǒ)以(yǐ)如(rú)果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的(de)实际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子(zi)到底(dǐ)是什(shén)么？科学家们已经(jīng)提出了数(shù)十(shí)种的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻找这(zhè)些(xiē)不同的目标(biāo)粒(lì)子所需(xū)要的实验方式(shì)也不相同(tóng)。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了(le)寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了(le)超(chāo)过(guò)50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了(le)一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼高(gāo)的(de)探测(cè)器，一直致力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数(shù)据(jù)收(shōu)集，人(rén)们发现了(le)一个有趣(qù)的事情(qíng)。探测(cè)率会在(zài)每年(nián)的6月份(fèn)达到峰值，然(rán)后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一(yī)样。一些科(kē)学家认为这可(kě)能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期性(xìng)的(de)年度信号(hào)呢？刚才我们讲了(le)太阳系(xì)正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物质存在(zài)宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这(zhè)样的速(sù)度(dù)在穿越着暗物(wù)质流，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另(lìng)外半(bàn)年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的(de)方向正好达到完(wán)全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物(wù)质流最快(kuài)的时段。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达(dá)到了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这(zhè)并不(bù)影响这个(gè)理论的(de)有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为(wèi)这(zhè)可以(yǐ)用来(lái)解(jiě)释，研究人(rén)员们(men)所观测到的周期性信号。当然也可(kě)能有其他的(de)情况，造成这种年(nián)度周(zhōu)期(qī)信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山上的(de)积(jī)雪，甚至(zhì)连意大(dà)利(lì)游客(kè)的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立了(le)一个几乎相同(tóng)的实验室(shì)，这里的(de)季(jì)节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是一样(yàng)的(de)。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的(de)信(xìn)号(hào)，就可以(yǐ)成(chéng)为(wèi)暗物质所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于(yú)这个实验(yàn)室刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还无法提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的(de)望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提(tí)供的视(shì)野是哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜其中一个关键(jiàn)的(de)用途就是(shì)探索暗(àn)物质背后的(de)奥(ào)秘，对于探(tàn)测的结果(guǒ)，我们只能(néng)拭目以待了(le)。费米实验室(shì)粒子(zi)天体物理中心(xīn)的(de)科学家丹(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(mì)的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是生(shēng)命进(jìn)化的一个(gè)重要因素(sù)。

如(rú)果这(zhè)一理论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味着人(rén)类并(bìng)不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个角落的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在(zài)通过(guò)这样的效应创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质存(cún)在的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得(dé)暗物(wù)质到底存不(bù)存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的(de)支(zhī)持是我更新的动(dòng)力！

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