宇宙是“人(rén)为制造”的？为何(hé)会存在科学(xué)无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科(kē)学家(jiā)们在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据(jù)。除(chú)了一个地方，在(zài)1687年出版的(de)自然哲学数(shù)学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克(kè)牛顿发表(biǎo)了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学(xué)家们(men)发现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体通过(guò)引力在摄(shè)动它的(de)轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就(jiù)通过(guò)天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用(yòng)万有引(yǐn)力定律所取得(dé)重大天文(wén)成(chéng)就的(de)例子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都(dōu)是在(zài)恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到(dào)星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后(hòu)发(fā)星系团(tuán)的质量。这是(shì)一个(gè)由数(shù)千个星系(xì)所组成的巨(jù)大(dà)星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一(yī)起。测量星系团的质量(liàng)一(yī)般会使用到(dào)两(liǎng)种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定(dìng)其(qí)质量的(de)范围。

第一种是(shì)获(huò)得其(qí)"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量(liàng)星(xīng)系团中的各个星系相对于星系(xì)团的运动速(sù)度。当测量结果出(chū)来(lái)之(zhī)后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在，我们无法看(kàn)到(dào)。最诡异的(de)是，在测量速(sù)度的过(guò)程中，兹(zī)威基发现星系(xì)团中(zhōng)很多星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按(àn)照牛顿的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星系(xì)的质量所产生的(de)引力(lì)是无法将它们束(shù)缚在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提(tí)出了这样部分不(bù)可(kě)见的暗质，它不(bù)发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们(men)却(què)占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的质量。只(zhǐ)是当时的(de)人们对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特(tè)福(fú)特在(zài)观(guān)测仙(xiān)女(nǚ)座星系(xì)中的恒(héng)星运动。理论上来(lái)说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的(de)恒星在其(qí)轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他(tā)们观测的结(jié)果(guǒ)却让人感到(dào)不可思议(yì)。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎(hū)保持不变。可是(shì)根据牛顿(dùn)的(de)万有引力(lì)定律，在(zài)星(xīng)系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的(de)恒星早(zǎo)就被甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于(yú)这(zhè)种现象，科学家们会使用一种相对(duì)标(biāo)准的方法来(lái)解释暗(àn)物质的(de)存在，这(zhè)种方法就是测量星系(xì)当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其(qí)中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过(guò)射电望远镜测量了距离(lí)星系中心更远距离的氢元(yuán)素(sù)，发(fā)现它们的(de)旋转速度(dù)并(bìng)不(bù)符合(hé)牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳(yáng)系位于(yú)银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银(yín)河(hé)系中心(xīn)2.6万光年，根据万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律进行计算(suàn)，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产(chǎn)生(shēng)以上(shàng)这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的(de)原(yuán)因很可(kě)能就(jiù)是存在着一种我(wǒ)们看不到的物(wù)质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星系(xì)聚集在了一(yī)起。

也是从这时开(kāi)始，越来越(yuè)多的研究人员开(kāi)始相信暗(àn)物(wù)质的存在。科学家根(gēn)据(jù)星(xīng)系(xì)外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量(liàng)占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以(yǐ)解释(shì)这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外(wài)，天文学家(jiā)还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不(bù)多，但是星系当(dāng)中存在的(de)恒星(xīng)数量却只有银河系的千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存(cún)在暗物(wù)质，否则(zé)就会分崩离(lí)析。但是科学家(jiā)们使用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一(yī)个(gè)大星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附近(jìn)没有任何(hé)星系存在(zài)。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质(zhì)的假说之外(wài)，另一(yī)种可(kě)能(néng)就是(shì)人(rén)类对引力的理解还(hái)不够全面(miàn)，引力很可能(néng)在不同(tóng)尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意(yì)味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会(huì)沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的(de)方式(shì)运(yùn)动(dòng)。但是上升到星(xīng)系和星(xīng)团的尺度(dù)，引力(lì)之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是(shì)不同的方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规(guī)模上，巨(jù)大的(de)质量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着(zhe)我们需要对(duì)现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也(yě)让(ràng)很多(duō)人认为(wèi)暗物质(zhì)假说(shuō)理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关于暗物质存(cún)在的其他的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系(xì)团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分(fēn)的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的时(shí)候，星(xīng)际气体(tǐ)的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升(shēng)高，速(sù)度大幅降(jiàng)低(dī)。所(suǒ)以在(zài)理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团大部分的质量将位(wèi)于所(suǒ)有这些气体所在的(de)中(zhōng)间(jiān)区域。那么我(wǒ)们通(tōng)过什(shén)么来验(yàn)证(zhèng)它的(de)质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)第一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我们(men)可以明显地看到很多星系似(shì)乎(hū)被(bèi)拉伸产生了巨大(dà)的(de)形变。其实这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什(shén)么问题，而是(shì)这样(yàng)极遥远的天(tiān)体和我(wǒ)们(men)地(dì)球上的观测者之间(jiān)。被一(yī)个质量超(chāo)级巨大的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更(gèng)遥远星系的(de)光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的(de)天体(tǐ)可能是(shì)超大(dà)质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人(rén)们对子弹星系团观测的时候，发(fā)现它的大(dà)质量(liàng)区域(yù)并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方(fāng)法就是当(dāng)星团发生全(quán)部(bù)的碰撞时，可被观测(cè)到(dào)的(de)质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物(wù)质则(zé)直接通(tōng)过了(le)这个区域(yù)，并在(zài)两边(biān)形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子(zi)弹星系团的(de)引力(lì)透镜研究也被认为是暗(àn)物(wù)质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中最古老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了(le)。经过了(le)130多亿年之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留(liú)下了(le)各相同(tóng)性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分(fēn)表示温度(dù)较高的区域，蓝(lán)色则(zé)表示相对较冷的(de)区域(yù)，但实际上它们(men)之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家(jiā)们(men)通过对前景背景分离后的二值图像进(jìn)行(xíng)连通域提取和标(biāo)记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中没有(yǒu)暗物质，图(tú)形看起来不应该是(shì)这样的(de)，而(ér)随着暗物质(zhì)的增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们(men)需(xū)要的暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解(jiě)释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要的暗物(wù)质比(bǐ)例(lì)是(shì)一致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了一个简单(dān)的(de)理论框架(jià)，就很好地解释了很多不同的观测结(jié)果。而暗(àn)物(wù)质(zhì)的本质就是(shì)宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的(de)粒子，它们不(bù)参与任何其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只通过(guò)引力来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的(de)存在，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什(shén)么？科学(xué)家(jiā)们已经提出(chū)了(le)数十种的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻(xún)找这些不同的目(mù)标粒子所需(xū)要的实验(yàn)方式也不(bù)相同。在(zài)过去的几十(shí)年(nián)当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不(bù)会(huì)与常规物质相互作(zuò)用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们(men)已(yǐ)经进(jìn)行(xíng)了(le)超过50次的实验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了(le)一个(gè)地方(fāng)，意大(dà)利的格(gé)兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上(shàng)最大的地(dì)学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层楼高的(de)探测器，一直致力于(yú)寻找暗物(wù)质粒子的周期(qī)性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数(shù)据(jù)收集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值(zhí)，然(rán)后在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是(shì)一样(yàng)。一些科学家认(rèn)为(wèi)这(zhè)可能是(shì)人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但(dàn)是为什么暗物(wù)质会产(chǎn)生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移(yí)动，那么如果暗物质(zhì)存(cún)在宇宙当中，这意(yì)味(wèi)着我们(men)也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的(de)速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太(tài)阳的方向正(zhèng)好达到(dào)完全一致(zhì)，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了(le)最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的情(qíng)况中，太阳系相对银河(hé)系的(de)平面呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认为(wèi)这可(kě)以用来(lái)解(jiě)释，研究人(rén)员们(men)所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有(yǒu)其他的(de)情(qíng)况，造成这种年(nián)度周期信(xìn)号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的(de)积雪，甚(shèn)至连意大利游客(kè)的数量也符(fú)合这个周(zhōu)期的(de)规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在南半球建立了一(yī)个几乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里的(de)季节(jié)与之前(qián)的实验室正(zhèng)好相(xiāng)反，而(ér)在(zài)这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动(dòng)特征和第一(yī)个实验室(shì)是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以成为暗(àn)物(wù)质所存(cún)在的非常有力的证据了。但(dàn)是(shì)由于这个实验(yàn)室(shì)刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所(suǒ)以截至目前还无(wú)法提供相应的数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台(tái)太空望(wàng)远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同，但它(tā)的宽(kuān)视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bè你有一双会说话的眼睛什么歌曲 你有一双会说话的眼睛是谁唱的i)。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望(wàng)远镜其中一(yī)个(gè)关键的用(yòng)途就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费(fèi)米实验室(shì)粒(lì)子天体物理中心的(de)科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在(zài)，它们极(jí)有可能拥有另(lìng)一(yī)种神(shén)秘的效应，这种暗物质效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进一步的证实(shí)，那(nà)么(me)遍布宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物质会不会意味(wèi)着人类(lèi)并不孤单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创造(zào)生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支(zhī)持(chí)是我更新的动力！

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