宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什(shén)么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的(de)证据，科学家们在过去的几十年(nián)当(dāng)中进行了超过50次的长(zhǎng)期(qī)实验(yàn)，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据。除了一个(gè)地方，在(zài)1687年(nián)出版的自然哲学数学(xué)原(yuán)理一书中(zhōng)，埃(āi)萨(sà)克牛(niú)顿发表了(le)万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们(men)发(fā)现某(mǒu)些天(tiān)体运行轨道出现异(yì)常，不符合(hé)万有引力(lì)定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是(shì)应用万有引力定律所取得(dé)重大天文成就的(de)例(lì)子。但是这些发现都(dōu)是在恒(héng)星系(xì)统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到(dào)星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究(jiū)和(hé)测量后发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是一个由数(shù)千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质(zhì)量一(yī)般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的(de)范围(wéi)。

第一(yī)种是获得(dé)其"光度学的质量(liàng)"，需要的数(shù)据是(shì)测量各(gè)个星系的光度。

第二(èr)种是动力(lì)学(xué)质量的计(jì)算，是(shì)利用(yòng)光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的(de)运动速(sù)度。当(dāng)测量结(jié)果出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发(fā)现星系团中很多星系的速度比理(lǐ)论(lùn)上要(yào)快(kuài)得多(duō)，按照牛(niú)顿(dùn)的(de)运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生的(de)引力(lì)是无法(fǎ)将它们束缚在(zài)星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了(le)，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量(liàng)来(lái)源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样(yàng)部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量(liàng)。只是当时的(de)人们对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特(tè)在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距(jù)离(lí)中心越(yuè)远的恒星在其轨(guǐ)道上的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增(zēng)加，恒(héng)星的旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持(chí)不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没有(yǒu)足够(gòu)大的(de)质量来吸引它们，这(zhè)些外(wài)围的恒星早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相对(duì)标准(zhǔn)的方法来(lái)解(jiě)释暗物质的存在，这(zhè)种方(fāng)法就是测量星系当中气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果(guǒ)出(chū)现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家(jiā)们(men)通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的(de)力学定(dìng)律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳(yáng)系(xì)位于银(yín)河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有(yǒu)引力定律进行计算，太(tài)阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么(me)产生以上这种向(xiàng)心加速(sù)度(dù)的原因很可能就是存在着一种我们看不(bù)到(dào)的物质，是这些暗(àn)物(wù)质的引力效(xiào)应将星系聚(jù)集在了(le)一起。

也(yě)是(shì)从(cóng)这时开始，越(yuè)来越多(duō)的研究(jiū)人(rén)员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家(jiā)根(gēn)据星系(xì)外恒星轨道的速度，估(gū)算在(zài)星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可(kě)以解释这个(gè)现象的原因(yīn)。在一(yī)项新的研究当中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没有引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现(xiàn)速度(dù)上的微(wēi)小差异。另外，天文(wén)学家(jiā)还发现了(le)一个(gè)反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离(lí)地球大约(yuē)2.5亿(yì)光(guāng)年，大(dà)小和银河系不多，但(dàn)是(shì)星系(xì)当(dāng)中存在的恒星数(shù)量却只有银河系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进(jìn)的望远(yuǎn)镜(jìng)对(duì)其进行了40个小时的详细(xì)测(cè)量(liàng)之(zhī)后，发(fā)现星(xīng)系(xì)中的恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用正常的物质(zhì)和力学定律(lǜ)来(lái)解释(shì)的。那么又(yòu)有人提(tí)出，也(yě)许该星系(xì)的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥(bō)离(lí)了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的(de)假说(shuō)之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人(rén)类对引(yǐn)力(lì)的理解还不(bù)够全面，引力很可能在(zài)不同尺度(dù)空间中(zhōng)的(de)工(gōng)作(zuò)方(fāng)式是不(bù)同的(de)，这意味着在行星系尺度(dù)中(zhōng)的天体会沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按(àn)照我们(men)所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到(dào)星系(xì)和星团的尺度，引力之间的(de)相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场(chǎng)效(xiào)应的(de)概念，指的是在数百(bǎi)万光(guāng)年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的(de)效果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味(wèi)着我们需要对现(xiàn)在(zài)的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也(yě)让很(hěn)多人认(rèn)为(wèi)暗(àn)物(wù)质假说理论就此终结(jié)。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的(de)其(qí)他的(de)理论证(zhèng)据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们(men)大部分的普通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相(xiāng)互(hù)作用就会导致温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团大部分的(de)质量将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什(shén)么来验(yàn)证它(tā)的质量(liàng)区(qū)域到(dào)底是不(bù)是集(jí)中在中间呢(ne)？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的(de)高清照片，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明(míng)显(xiǎn)地看到(dào)很多星系(xì)似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本身并不是真的(de)被扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问(wèn)题，而是这(zhè)样(yàng)极(jí)遥远的(de)天体(tǐ)和我们地(dì)球上(shàng)的(de)观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的东西的引力(lì)，会使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系(xì)的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是超(chāo)大质量的黑(hēi)洞或(huò)者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现(xiàn)它的大(dà)质量区域并(bìng)不是(shì)在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观(guān)测到的质量气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域(yù)，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系(xì)团的引力(lì)透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同(tóng)性的(de)微波辐射。其(qí)中红色的部分(fēn)表示温度较高的(de)区(qū)域，蓝色则表示(shì)相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但实际上它们(men)之间(jiān)的(de)温(wēn)差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离后的(de)二(èr)值图像进(jìn)行(xíng)连(lián)通(tōng)域(yù)提(tí)取和(hé)标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这样(yàng)的，而(ér)随(suí)着(zhe)暗物质(zhì)的(de)增加(jiā)，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了(le)匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单(dān)的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好(hǎo)地解释(shì)了很多(duō)不同(tóng)的(de)观测结果(guǒ)。而(ér)暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存(cún)在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任(rèn)何其他的电(diàn)磁(cí)作用(yòng)，只通过引力来相(xiāng)互(hù)作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就相当于(yú)找(zhǎo)到了暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是(shì)什么(me)？科学家们(men)已(yǐ)经(jīng)提(tí)出了数十种的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要的实(shí)验方式也不(bù)相同。在过去的几(jǐ)十(shí)年(nián)当(dāng)中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物(wù)质相互(hù)作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行了超过(guò)50次的实(shí)验，却没有任何实质(zhì)性的发现(xiàn)，除了(le)一个(gè)地(dì)方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家(jiā)声称观(guān)测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年(nián)的数据收(shōu)集，人们(men)发现(xiàn)了一个(gè)有趣的事情。探测率(lǜ)会在(zài)每年的6月份达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中(zhōng)每(měi)年都是一样。一(yī)些科学家认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第(dì)一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质(zhì)会(huì)产生周(zhōu)期性的年(nián)度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也(yě)在以这样的速(sù)度在穿(chuān)越着暗物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度(dù)围绕太(tài)阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳环绕银河系(xì)的方(fāng)向是一(yī)致的，而(ér)另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这(zhè)是(shì)理论上地球(qiú商业用电多少钱一度 商业用电跟住宅用电有什么区别)穿越暗物(wù)质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了(le)最慢值。尽管在实(shí)际的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相对银河系的平面(miàn)呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜(xié)，但(dàn)是这(zhè)并不影响这个理论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科学家(jiā)认为这可以用(yòng)来(lái)解释，研究人员们所观(guān)测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异(yì)也可能是温度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利(lì)游客的数(shù)量也符合这(zhè)个周期的(de)规律。

所以，科学家们(men)又在南(nán)半球建立了一(yī)个(gè)几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室，这里的季节与之前(qián)的实(shí)验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流(liú)的(de)运动特征和(hé)第一(yī)个实验室是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这里可(kě)以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还(hái)无(wú)法提供相应的数据支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台新(xīn)的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜其中一(yī)个(gè)关键的用途就是探索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭(shì)目以待了(le)。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物(wù)质存在(zài)，它们极有可能拥(yōng)有另(lìng)一种神秘的(de)效(xiào)应(yīng)，这种暗(àn)物质效应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个重要因(yīn)素。

如果这一(yī)理论得到进一步(bù)的(de)证实(shí)，那么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会不会意味着人类(lèi)并不孤单(dān)呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某个角(jiǎo)落的(de)行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过(guò)这样的效应(yīng)创造生命。当然(rán)，这些推(tuī)论的大(dà)前提是要先找(zhǎo)到(dào)暗(àn)物(wù)质存在的实际证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们(men)，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到(dào)底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持是(shì)我更(gèng)新(xīn)的动力！

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