宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为(wèi)何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是(shì)什么？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们在过去的(de)几十年当中进行了超过50次的(de)长期实验(yàn)，但是(shì)却没(méi)有发现任(rèn)何的(de)有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年(nián)出版的(de)自然哲学(xué)数(shù)学原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律(lǜ)。往后的几(jǐ)百年(nián)来，当(dāng)天文学家(jiā)们发现某些(xiē)天体运行轨道出(chū)现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就(jiù)会知道(dào)，周围一(yī)定有未知(zhī)的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发(fā)现都是应用(yòng)万有引力定律所取得重大天(tiān)文成(chéng)就(jiù)的例子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都(dōu)是在恒星(xīng)系统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们(men)上(shàng)升(shēng)到星系或者是星团(tuán)的(de)尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星系(xì)团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系(xì)所(suǒ)组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束(shù)缚在(zài)一(yī)起。测量星(xīng)系团的(de)质量一般会(huì)使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需要(yào)的数据是测(cè)量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量的(de)计算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红(hóng)移(yí)测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系(xì)团(tuán)的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的(de)质量并不以(yǐ)可见光的(de)形式所存在(zài)，我们(men)无法看到。最诡异(yì)的是，在测量(liàng)速(sù)度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系(xì)的速度比理论上(shàng)要快得(dé)多，按照牛顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠(kào)这些可(kě)见星系的质量所产生的引力(lì)是无法将它们束缚在星系团内的(de)，它们早就(jiù)应该(gāi)被(bèi)抛(pāo)出星系团(tuán)之外了，除非有一(yī)种神秘的力量(liàng)在起作用(yòng)，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出(chū)了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的(de)一(yī)种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是(shì)他们观测的(de)结(jié)果却让人(rén)感到不可思议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离(lí)的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在(zài)星系当中如果没有足够大的质量(liàng)来(lái)吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒(héng)星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物(wù)质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系(xì)当(dāng)中气体在X轴上(shàng)距离星系(xì)中心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由(yóu)暗物质(zhì)的力(lì)量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜(jìng)测量了(le)距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现(xiàn)它们(men)的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位(wèi)于银河系(xì)的第三(sān)悬臂之上，距(jù)离(lí)银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根(gēn)据万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳系(xì)的运(yùn)行(xíng)速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论速度，那(nà)么产(chǎn)生以上这种向心加(jiā)速度的原因(yīn)很可能(néng)就(jiù)是存(cún)在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这些(xiē)暗物(wù)质的(de)引力效(xiào)应(yīng)将(jiāng)星系聚(jù)集(jí)在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来(lái)越多的研(yán)究人(rén)员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质(zhì)量(liàng)占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可(kě)以解释这个现(xiàn)象的(de)原(yuán)因。在一项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几乎没有引力(lì)效应的(de)遥(yáo)远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出(chū)现(xiàn)速度(dù)上的微小差异。另外，天(tiān)文学(xué)家还发现了一个反(fǎn)常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银河系(xì)不多，但是星(xīng)系(xì)当中存在的恒星(xīng)数(shù)量(liàng)却只(zhǐ)有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使(shǐ)用最先进的(de)望远镜对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的(de)恒星(xīng)运动是可以用正常的物(wù)质(zhì)和力学定律(lǜ)来解释的。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物(wù)质(zhì)，已经被(bèi)附(fù)近的另一(yī)个(gè)大星(xīng)系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些(xiē)现(xiàn)象的除(chú)了暗物(wù)质(zhì)的假说之(zhī)外，另一种可(kě)能就是人类对引力的理解(jiě)还(hái)不够(gòu)全(quán)面，引力(lì)很可能在不同尺度(dù)空间(jiān)中的工作方(fāng)式是不同(tóng)的，这意味(wèi)着在(zài)行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但(dàn)是(shì)上升到(dào)星系和(hé)星团(tuán)的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作用则(zé)是不(bù)同的方(fāng)式。对(duì)于(yú)在星系团之间的相互作(zuò)用，科(kē)学家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指的是在(zài)数百万光年(nián)的规模上(shàng)，巨大的(de)质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味(wèi)着(zhe)我们需(xū)要对现(xiàn)在(zài)的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当中还有关(guān)于暗物质存(cún)在的其他的理论证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据(jù)是蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)所没法解释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星(xīng)系团所组成，类似这(zhè)样的星团(tuán)，它(tā)们大部分的普(pǔ)通质量(liàng)都在星(xīng)系的(de)气体当(dāng)中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系(xì)团大部分的质量将(jiāng)位(wèi)于(yú)所有这些(xiē)气(qì)体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么来(lái)验证它的质量(liàng)区域到底(dǐ)是不是集中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照(zhào)片(piàn)，在(zài)照片中我们(men)可以明显地看到很(hěn)多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是(shì)这样极(jí)遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨(jù)大的天体遮(zhē)挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东西(xī)的引力(lì)，会使身后更遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是(shì)引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天(tiān)体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧(cè)。所以(yǐ)最好(hǎo)的解释方(fāng)法就是(shì)当(dāng)星团发(fā)生全部(bù)的(de)碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通过(guò)了这(zhè)个(gè)区(qū)域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物(wù)质存(cún)在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其(qí)中红色的部(bù)分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之间的温差(chà)只有万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取和标记之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是(shì)这样的，而随着暗(àn)物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐射的(de)测量(liàng)值，我们需要的(de)暗物(wù)质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解释星系(xì)当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例(lì)是一(yī)致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁(cí)作用，只通(tōng)过(guò)引力来(lái)相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒(lì)子到底(dǐ)是(shì)什么？科学家们(men)已经提出(chū)了数十种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要(yào)寻(xún)找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实(shí)验方式(shì)也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些(xiē)看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物(wù)质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过(guò)50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意(yì)大利(lì)的(de)格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地球上最大的地(dì)学(xué)实(shí)验室(shì)，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子(zi)的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多(duō)年的数(shù)据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事(shì)情。探(tàn)测(cè)率(lǜ)会(huì)在每年(nián)的6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后在(zài)11月降到最低，而(ér)且(qiě)在20年(nián)当中(zhōng)每年都是一样。一(yī)些科学家认为这(zhè)可能是(shì)人类发现(xiàn)暗物(wù)质的第一个直(zhí)接证据(jù)。

但是为什么(me)暗物质会产生周期(qī)性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这(zhè)意(yì)味着我们也在以这样(yàng)的(de)速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度(dù)围绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年(nián)的时(shí)间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的(de)方向与太阳环(huán)绕银河系的方向(xiàng)是(shì)一致的，而(ér)另外半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好(hǎo)达到完全(quán)一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情况中，太(tài)阳(yáng)系相对银(yín)河系的平面呈现了(le)60度的(de)倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不影(yǐng)响这个理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解(jiě)释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测到(dào)的(de)周期(qī)性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同(tóng)的(de)实(shí)验室，这里的季节与(yǔ)之前的离婚不离家有性关系吗，离婚了还和前夫有性实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一(yī)个(gè)实验室是(shì)一样的。

因此，如(rú)果在这里可以(yǐ)得到(dào)相同的信号(hào)，就可(kě)以成为(wèi)暗物质(zhì)所(suǒ)存在的(de)非常有力的证据了(le)。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所(suǒ)以截至(zhì)目(mù)前(qián)还无(wú)法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的(de)望远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但(dàn)它的(de)宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关(guān)键的用(yòng)途(tú)就是探索暗(àn)物(wù)质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物(wù)质(zhì)效应(yīng)，会支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或(huò)者说(shuō)是生命进(jìn)化的一个重要因素(sù)。

如(rú)果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物质会不(bù)会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过(guò)这样的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要(yào)先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动(dòng)力(lì)！

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