宇宙是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会存在科(kē)学无(wú)法(fǎ)解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什(shén)么(me)？人(rén)类为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科(kē)学家们(men)在(zài)过(guò)去的几十年(nián)当(dāng)中进行了超(chāo)过(guò)50次的长期实(shí)验，但是却没有发(fā)现(xiàn)任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发表了万(wàn)有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的(de)几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不符合万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的(de)天体通过引(yǐn)力在摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天(tiān)王星运行轨道(dào)的异常(cháng)，推算并且发现了海王星(xīng)的存(cún)在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应(yīng)用万有引力定律(lǜ)所取得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是(shì)在恒星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可(kě)当我们(men)上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基(jī)正在研究和(hé)测量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测(cè)量(liàng)星(xīng)系团的质量(liàng)一般(bān)会使用到两(liǎng)种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确(què)定其质(zhì)量的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系(xì)团(tuán)中的各个星系(xì)相对(duì)于星(xīng)系团的运动速度(dù)。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的(de)400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的(de)形式所存(cún)在(zài)，我们(men)无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的速(sù)度比理论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质(zhì)量所(suǒ)产生(shēng)的(de)引力是无法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们(men)早(zǎo)就应该(gāi)被抛出星系团之(zhī)外了(le)，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘的(de)力量(liàng)在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样(yàng)部分不(bù)可(kě)见的暗质，它(tā)不发散光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但(dàn)是它们(men)却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的质量(liàng)。只是当时的人(rén)们对这(zhè)样的一(yī)种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一(yī)次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在(zài)观测(cè)仙女座星系中的恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来(lái)说，距离(lí)中心越远的(de)恒星在其轨道上(shàng)的运(yùn)行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人(rén)感到不可思议(yì)。

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(gēn)据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大的质量来吸(xī)引(yǐn)它们(men)，这(zhè)些外(wài)围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学(xué)家们会使用一种相对标准的(de)方法来解(jiě)释暗物质的存在(zài)，这种方法就(jiù)是测量星系当中气(qì)体在X轴上(shàng)距离星系中心(xīn)的距离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进(jìn)入其(qí)中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通过射电(diàn)望远镜(jìng)测量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度(dù)并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们(men)的(de)太(tài)阳系也不例外，太(tài)阳系(xì)位于银河系的第三悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河(hé)系中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕银河系旋(xuán)转，这个实(shí)际速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种向心加速度的(de)原(yuán)因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星(xīng)系(xì)聚集在了一起。

也(yě)是(shì)从这(zhè)时开始，越来越(yuè)多(duō)的研究人(rén)员(yuán)开始相(xiāng)信暗(àn)物质的存在。科学家(jiā)根据(jù)星系外恒(héng)星轨道的(de)速(sù)度，估算在星系(xì)当中暗(àn)物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的(de)原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间(jiān)，也(yě)会出现速(sù)度上(shàng)的微小差异。另外，天(tiān)文(wén)学家还发现了(le)一(yī)个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系(xì)不(bù)多，但是星系(xì)当中存在(zài)的恒(héng)星数量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须(xū)存在(zài)暗物质，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其(qí)进行了(le)40个(gè)小时的(de)详细(xì)测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物(wù)质和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的(de)暗物(wù)质，已经被(bèi)附(fù)近的(de)另一(yī)个(gè)大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何(hé)星系存(cún)在(zài)。造成这些(xiē)现(xiàn)象(xiàng)的除了(le)暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就(jiù)是人类(lèi)对引力的理解还不(bù)够全面，引力很(hěn)可能在(zài)不同尺度空(kōng)间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味着在(zài)行(xíng)星(xīng)系(xì)尺度中的天体会(huì)沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式(shì)运动。但是上升到星系和(hé)星团(tuán)的(de)尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互(hù)作用则(zé)是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还(hái)引入了外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光(guāng)年的规模(mó)上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这意味着我们需要(yào)对现(xiàn)在(zài)的物理定(dìng)律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现(xiàn)也让很多(duō)人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还(hái)有(yǒu)关(guān)于暗物质存在的其他的理论证据，这(zhè)些理论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在(zài)星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气体的相互作用(yòng)就会(huì)导致(zhì)温度的急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团大部(bù)分的(de)质量(liàng)将位于(yú)所有这些气体所在(zài)的中间区域(yù)。那么(me)我(wǒ)们通过什么来(lái)验证它(tā)的质量(liàng)区域到底是不是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的(de)高清照片，在照片中我(wǒ)们可以(yǐ)明(míng)显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并(bìng)不(bù)是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜(jìng)出了(le)什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大(dà)质量的东西的(de)引(yǐn)力，会使身(shēn)后更(gèng)遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人(rén)们对子(zi)弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是(shì)当(dāng)星团发生全(quán)部(bù)的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到(dào)的质量气体被(bèi)卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物质则(zé)直接通过了这(zhè)个区域，并(bìng)在两边(biān)形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了(le)各相同性(xìng)的微波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分(fēn)表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背景分离后(hòu)的二值(zhí)图像进行(xíng)连通(tōng)域提(tí)取和标(biāo)记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来(lái)不应该是这样的，而随着暗物(wù)质(zhì)的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐(fú)射的(de)测(cè)量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释(shì)星系当中恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)所(suǒ)需要的(de)暗(àn)物质(zhì)比(bǐ)例(lì)是一致的(de)。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了(le)一个简单的理论框架(jià)，就很好地解释了(le)很(hěn)多(duō)不(bù)同的观(guān)测结果。而暗(àn)物质的(de)本质就(jiù)是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们不参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当(dāng)于(yú)找到了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子到(dào)底是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十(shí)种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需要的(de)实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类(lèi)为(wèi)了(le)寻找(zhǎo)这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会(huì)与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了(le)超过50次(cì)的(de)实验(yàn)，却(què)没有任何实质性的发(fā)现，除了一个地方，意大(dà)利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的(de)地学(xué)实验室，这(zhè)个(gè)实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过(guò)了(le)20多(duō)年(nián)的(de)数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在(zài)每年的(de)6月份达(dá)到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家认为这可能是(shì)人(rén)类发现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会(huì)产生周期性的(de)年(nián)度信(xìn)号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的(de)速(sù)度围绕着(zhe)银河系(xì)进行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这意味着(zhe)我(wǒ)们也(yě)在以(yǐ)这(zhè)样的(de)速度在穿越着(zhe)暗物(wùMedical staff可数吗，stuff)质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有(yǒu)半(bàn)年(nián)的时间，地球(qiú)围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系(xì)的(de)方向(xiàng)是一(yī)致(zhì)的，而另外半(bàn)年(nián)则与之相反。

而在(zài)6月(yuè)份(fèn)的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达(dá)到(dào)完全一致(zhì)，这(zhè)是(shì)理论(lùn)上地(dì)球穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的(de)情况中，太阳系(xì)相对银河(hé)系(xì)的平面(miàn)呈(chéng)现了60度的(de)倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理(lǐ)论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科(kē)学家认为(wèi)这可以用来(lái)解(jiě)释(shì)，研(yán)究人员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造(zào)成(chéng)这(zhè)种(zhǒng)年度周(zhōu)期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利游客的(de)数量也(yě)符合这(zhè)个周期的(de)规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们(men)又(yòu)在南半(bàn)球建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里的季节与之前的(de)实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质(zhì)流的(de)运动特征和第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在的非(fēi)常(cháng)有(yǒu)力(lì)的证据了。但是由(yóu)于(yú)这个(gè)实验室刚刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截(jié)至目前还无法提(tí)供相应的(de)数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同，但它的(de)宽视(shì)场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜(jìng)其(qí)中一个(gè)关键(jiàn)的用途(tú)就是探索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米(mǐ)实(shí)验室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗物(wù)质存在(zài)，它(tā)们极有可(kě)能(néng)拥有另一种神(shén)秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说是(shì)生命(mìng)进(jìn)化的(de)一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物(wù)质会不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的(de)效(xiào)应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前(qián)提是要(yào)先找(zhǎo)到(dào)暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的实际证据(jù)。那么小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉(jué)得暗(àn)物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的(de)支持是(shì)我更新的动(dòng)力(lì)！

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