宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是(shì)什(shén)么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在的(de)证据，科(kē)学(xué)家们在过去的几(jǐ)十年当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学(xué)数(shù)学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的(de)几百年来，当(dāng)天文(wén)学家们(men)发现某些天体运行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海(hǎi)王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引力定律所取(qǔ)得(dé)重(zhòng)大天文(wén)成(chéng)就的例子(zi)。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的(de)尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们上升到(dào)星(xīng)系或者是(shì)星团(tuán)的尺(chǐ)度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在(zài)研究和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一般(bān)会使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确(què)定其质量的(de)范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要(yào)的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计(jì)算，是利(lì)用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然(rán)是“光度学(xué)质(zhì)量”的(de)400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不(bù)以可见光(guāng)的(de水晶有灵性是不是迷信，水晶是辟邪还是招鬼)形式所存在，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的速度(dù)比(bǐ)理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量(liàng)所产生的(de)引力是(shì)无法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之外了(le)，除(chú)非有(yǒu)一种神(shén)秘的(de)力(lì)量在(zài)起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物(wù)质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出了这(zhè)样部分不可(kě)见的(de)暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质(zhì)量(liàng)。只是当时的人们(men)对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个(gè)词才再(zài)一(yī)次(cì)出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁(lǔ)宾(bīn)和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中的(de)恒(héng)星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上(shàng)的(de)运行速度就会越慢。但是(shì)他们观测的结果却让人感到不(bù)可思议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们(men)，这些外围的(de)恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物(wù)质的存在，这(zhè)种方法就是测量星(xīng)系(xì)当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗(àn)物质(zhì)的(de)力量进入其中。

于是科学家们(men)通过射电望(wàng)远镜(jìng)测量了(le)距离星系(xì)中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不符合(hé)牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太(tài)阳系位(wèi)于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度(dù)应该是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳(yáng)系(xì)正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河(hé)系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么(me)产生以上(shàng)这种向心加速度的原(yuán)因(yīn)很可(kě)能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是(shì)这些暗物质的(de)引力效(xiào)应将星系聚集在了一(yī)起。

也(yě)是从这(zhè)时(shí)开始，越来越多的研究人(rén)员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的存(cún)在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度(dù)，估(gū)算(suàn)在星(xīng)系(xì)当中暗物(wù)质的质(zhì)量占整个(gè)星系(xì)质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一(yī)可以解释这个现(xiàn)象的原(yuán)因。在一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学(xué)家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应的(de)遥远恒星之(zhī)间，也会出(chū)现速(sù)度上(shàng)的微小差(chà)异。另外，天文学家(jiā)还(hái)发现(xiàn)了一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河系不多(duō)，但(dàn)是(shì)星系当中存(cún)在(zài)的恒星数(shù)量却只有银河(hé)系的(de)千分之(zhī)一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则就会(huì)分(fēn)崩离析。但是科学(xué)家们(men)使用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对(duì)其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发(fā)现星系中的恒星(xīng)运(yùn)动是可(kě)以用正常的物(wù)质(zhì)和力学(xué)定律来解释的。那么又(yòu)有人提(tí)出，也(yě)许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另一(yī)个(gè)大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附(fù)近(jìn)没有任何星系存在。造(zào)成这些现象的除了(le)暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之(zhī)外，另(lìng)一(yī)种(zhǒng)可(kě)能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力(lì)很(hěn)可能在不(bù)同尺度空间中(zhōng)的(de)工作方式是不(bù)同的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天(tiān)体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相互(hù)作用则是不同的方(fāng)式(shì)。对于在星系团之(zhī)间的相互(hù)作用，科学(xué)家还引入(rù)了外部场效(xiào)应的概念，指的是在数(shù)百(bǎi)万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大的质量之(zhī)间会产生(shēng)对彼此特殊的(de)效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我们需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发现也(yě)让很(hěn)多(duō)人认为暗(àn)物质假说理论就(jiù)此终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的(de)其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似(shì)这样的星团，它(tā)们大部分的普(pǔ)通质量都在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生(shēng)碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度(dù)大(dà)幅降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大(dà)部分的(de)质量(liàng)将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气体所在的中(zhōng)间区域(yù)。那么(me)我们(men)通(tōng)过什么来(lái)验证它的质(zhì)量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了(le)宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩的(de)高清照片，在照片(piàn)中(zhōng)我们(men)可以明显(xiǎn)地(dì)看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产(chǎn)生了(le)巨大的形变。其(qí)实这些(xiē)星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望(wàng)远镜出了什么问(wèn)题，而(ér)是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的(de)天体(tǐ)和(hé)我们地球上的观测(cè)者之间。被一(yī)个质量超级(jí)巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西(xī)的(de)引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是(shì)引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测(cè)的时候，发现它(tā)的(de)大质量区域并不是在中间，而(ér)是(shì)在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团发(fā)生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的(de)质量气体被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区域，并(bìng)在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存在(zài)的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最古老的光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了(le)130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上(shàng)留(liú)下了各相(xiāng)同(tóng)性(xìng)的(de)微波辐(fú)射(shè)。其(qí)中(zhōng)红色(sè)的(de)部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上(shàng)它(tā)们之间(jiān)的温差只有万(wàn)分之(zhī)一(yī)。

科学家(jiā)们通过对前(qián)景背景分离后的二值(zhí)图(tú)像(xiàng)进行连通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形(xíng)看(kàn)起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一(yī)些(xiē)峰值的(de)幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射的测量值，我们需要(yào)的暗物(wù)质大约(yuē)是普(pǔ)通物(wù)质(zhì)的5倍(bèi)。这个(gè)数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗(àn)物质比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了一(yī)个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框(kuāng)架(jià)，就很好地解释了很(hěn)多不同(tóng)的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的本(běn)质就(jiù)是宇宙当中存在着(zhe)某(mǒu)种类型(xíng)的(de)粒子，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用(yòng)，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互作用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存(cún)在(zài)，就(jiù)相当(dāng)于找到(dào)了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒(lì)子(zi)到(dào)底是什么？科学家们(men)已经提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的(de)目标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在(zài)过去(qù)的几十年当中，人类为了(le)寻(xún)找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物(wù)质相(xiāng)互(hù)作(zuò)用的(de)“暗物(wù)质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次(cì)的实验(yàn)，却没有任何实(shí)质性的发现(xiàn)，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下(xià)1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一(yī)直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年(nián)以来，这(zhè)里的科学家声称观(guān)测(cè)到了某(mǒu)种信号。经过(guò)了20多(duō)年的(de)数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降到(dào)最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人(rén)类发现(xiàn)暗物(wù)质的第一(yī)个(gè)直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么暗物质(zhì)会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移(yí)动(dòng)，那么(me)如果(guǒ)暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的(de)速度(dù)在穿(chuān)越(yuè)着暗物质流，这个(gè)过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的(de)时(shí)间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳(yáng)环(huán)绕银(yín)河系的方向是(shì)一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是(shì)这并不影(yǐng)响这个(gè)理论的(de)有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家认为(wèi)这可以用来解释(shì)，研究人员(yuán)们(men)所观(guān)测到(dào)的周期性信号(hào)。当然也(yě)可能有(yǒu)其(qí)他(tā)的情(qíng)况(kuàng)，造成(chéng)这(zhè)种年度周期信(xìn)号(hào)的差(chà)异也(yě)可(kě)能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量(liàng)也符合这(zhè)个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南半(bàn)球建立了(le)一个几乎相同的(de)实验室，这里的季节与之前(qián)的实(shí)验室(shì)正好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特(tè)征(zhēng)和第(dì)一个实验室是(shì)一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得到(dào)相同的信号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存(cún)在的(de)非(fēi)常有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供(gōng)相(xiāng)应的数(shù)据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜(jìng)叫(jiào)做(zuò)“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用(yòng)途就(jiù)是探索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于(yú)探测的(de)结果，我们只能(néng)拭目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验(yàn)室(shì)粒(lì)子(zi)天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研究发现，如(rú)果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥(yōng)有另一种神(shén)秘(mì)的效应，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个重要(yào)因(yīn)素。

如(rú)果这(zhè)一理论(lùn)得到(dào)进一步的(de)证实，那(nà)么遍布宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物质(zhì)会不(bù)会意味着(zhe)人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的(de)大前提是(shì)要先找到(dào)暗物质存在的(de)实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存不存(cún)在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更新的(de)动(dòng)力！

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