宇(yǔ)宙是“人为制造(zào)”的(de)？为何会存在科(kē)学无(wú)法(fǎ)解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为(wèi)了寻找暗物质(zhì)存在的证据(jù)，科学家们在过去的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实(shí)验(yàn)，但(dàn)是却(què)没有发现任何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理一(yī)书(shū)中(zhōng)，埃(āi)萨克(kè)牛(niú)顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律(lǜ)。往后(hòu)的几百(bǎi)年(nián)来，当天文(wén)学家们发现(xiàn)某些天体(tǐ)运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定律(lǜ)的(de)时(shí)候，他(tā)们就会知道(dào)，周围一定有未知(zhī)的(de)天(tiān)体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有引力定律所取得重(zhòng)大(dà)天(tiān)文(wén)成就的例子(zi)。但是这(zhè)些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系或(huò)者(zhě)是(shì)星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正在研(yán)究和测量后发(fā)星系团(tuán)的(de)质量。这是一个由数(shù)千(qiān)个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一(yī)起。测量星系团的质量一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学的质(zhì)量"，需要的数据是(shì)测(cè)量(liàng)各个星系(xì)的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移(yí)测量(liàng)星系团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学(xué)质量”竟(jìng)然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不以可(kě)见光的形式所存(cún)在，我(wǒ)们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速度的(de)过(guò)程中(zhōng)，兹威基(jī)发(fā)现(xiàn)星系团(tuán)中很(hěn)多(duō)星系的(de)速度比(bǐ)理论上要快得(dé)多(duō)，按照(zhào)牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可(kě)见星系(xì)的(de)质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们(men)早就应该被抛出星系(xì)团之外了，除(chú)非(fēi)有(yǒu)一种神(shén)秘的力量在(zài)起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形的(de)物质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出(chū)了(le)这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它(tā)们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是(shì)当时的人们对这(zhè)样的一种说法不屑一(yī)顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨(guǐ)道(dào)上(shàng)的运行速(sù)度就会越慢。但(dàn)是他(tā)们(men)观测(cè)的结果却让(ràng)人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着与(yǔ)中心距离(lí)的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没(méi)有(yǒu)足(zú)够(gòu)大的质量(liàng)来吸引(yǐn)它们(men)，这些(xiē)外(wài)围的恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学(xué)家们(men)会使用一种相对标(biāo)准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系(xì)当(dāng)中(zhōng)气体(tǐ)在(zài)X轴上(shàng)距(jù)离星(xīng)系(xì)中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的(de)结果，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的力量进入(rù)其中。

于是(shì)科学(xué)家们通过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了(le)距离星(xīng)系(xì)中心更远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也(yě)不例外，太阳系(xì)位于(yú)银(yín)河系的第三悬(xuán)臂(bì)之(zhī)上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的原因很可能(néng)就(jiù)是存在(zài)着一种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质(zhì)的引力效(xiào)应将星系(xì)聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这时开始，越来(lái)越多的(de)研究(jiū)人(rén)员开(kāi)始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据(jù)星(xīng)系外恒(héng)星(xīng)轨道的(de)速度，估算在星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整个星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯(wéi)一可以(yǐ)解释这个(gè)现象的原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研(yán)究当(dāng)中，科(kē)学家(jiā)们发现，几乎(hū)没有引(yǐn)力效应的(de)遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中(zhōng)存(cún)在的恒星(xīng)数量(liàng)却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的(de)千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析(xī)。但(dàn)是科(kē)学家(jiā)们(men)使用最先进的望远镜(jìng)对(duì)其进行了40个小时的详细测(cè)量之后(hòu)，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运(yùn)动是可以用正常(cháng)的物质和(hé)力学定律来解释的。那么又(yòu)有人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存(cún)在。造(zào)成这些现象的除(chú)了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人(rén)类对引(yǐn)力(lì)的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺度(dù)空间中的(de)工作方式是不同的，这意味着在(zài)行星系(xì)尺度(dù)中的天体(tǐ)会(huì)沿着它们(men)的(de)轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动(dòng)。但(dàn)是上升(shēng)到星系和(hé)星团的(de)尺度(dù)，引力之间的相互作用则(zé)是不同的(de)方式。对(duì)于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科(kē)学家还引入了外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的规(guī)模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要对(duì)现在的(de)物理(lǐ)定(dìng)律(lǜ)进行修正，这些发现也让很(hěn)多人认(rèn)为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在的其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这(zhè)样的星(xīng)团，它们大部分的普通质(zhì)量(liàng)都在(zài)星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致温度(dù)的急剧升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子(zi)弹(dàn)星系(xì)团大(dà)部分的质量将位(wèi)于(yú)所有这(zhè)些气体所(suǒ)在的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们(men)通过什么来验证它的质量区域到(dào)底(dǐ)是(shì)不(bù)是集中在中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一(yī)张(zhāng)全彩的高清(qīng)照(zhào)片(piàn)，在照片中我们可以明显地看到很多星(xīng)系(xì)似(shì)乎(hū)被拉伸产生了巨大的形(xíng)变(biàn)。其实这些星(xīng)系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我(wǒ)们(men)地球上的观测者之间(jiān)。被一个(gè)质(zhì)量超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的(de)东西(xī)的(de)引力，会使身后更遥远星(xīng)系(xì)的光都发生了(le)扭(niǔ)曲。这个(gè)现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是(shì)超大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对(duì)子弹星系(xì)团观测的时(shí)候，发现(xiàn)它(tā)的(de)大质(zhì)量区域(yù)并不是(shì)在中间，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是(shì)当星团(tuán)发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物质(zhì)则直接通过了(le)这个区(qū)域，并在两(liǎng)边形成了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在(zài)的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理论(lùn)证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年(nián)之后(hòu)，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留下(xià)了(le)各相同(tóng)性(xìng)的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色(sè)的部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则(zé)表示(shì)相对较冷的区(qū)域，但(dàn)实际上它们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科(kē)学家们(men)通过对前景背(bèi)景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不(bù)应该(gāi)是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰(fēng)值的(de)幅(fú)度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背景辐射的(de)测量值(zhí)，我们(men)需要(yào)的(de)暗(àn)物质大(dà)约是普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释(shì)星系(xì)当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个(gè)简单的理论框架(jià)，就很(hěn)好地解释(shì)了(le)很多不(bù)同的观测结果。而暗物质(zhì)的本(běn)质就是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某种类型的(de)粒子，它(tā)们不(bù)参与任何(hé)其他的电磁(cí)作(zuò)用(yòng)，只通过引力(lì)来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒子的(de)存在(zài)，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需(xū)要的(de)实验方式也不相同。在过去的几十(shí)年(nián)当中，人类为了寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会(huì)与(yǔ)常规物质相互(hù)作用的(de)“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已经进(jìn)行了超过50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大(dà)利的(de)格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室(shì)，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测(cè)器(qì)，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗物(wù)质粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而(ér)且(qiě)在20年当中每年(nián)都是一样(yàng)。一些(xiē)科(kē)学家认为这可能是(shì)人类发(fā)现暗物质的(de)第(dì)一个直接证据。

但(dàn)是为什(shén)么暗(àn)物质会产生周期性的年(nián)度信(xìn)号(hào)呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)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，这意味(wèi)着我们也(yě)在以这样的(de)速(sù)度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程(chéng)中(zhōng)会产生(shēng)相应的(de)振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有(yǒu)半年的(de)时间，地(dì)球围(wéi)绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外(wài)半年则(zé)与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的(de)方向正好达到完全一(yī)致，这(zhè)是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗物(wù)质流最快(kuài)的(de)时(shí)段(duàn)。而在11月(yuè)份(fèn)，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际(jì)的(de)情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾(qīng)斜(xié)，但是(shì)这并不(bù)影响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究(jiū)人员们所观测到的周期性(xìng)信号。当(dāng)然(rán)也可(kě)能有其他的情况，造(zào)成这(zhè)种(zhǒng)年度(dù)周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游(yóu)客的数量也符合这个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半(bàn)球(qiú)建立了一(yī)个几乎相同的(de)实验室，这里(lǐ)的季节与之(zhī)前的实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗物(wù)质流的运(yùn)动特征和(hé)第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还无(wú)法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望远镜其(qí)中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗(àn)物质存在，它们(men)极有可(kě)能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生(shēng)，或(huò)者说是(shì)生命(mìng)进化的一个重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理论得到进(jìn)一(yī)步(bù)的证实，那么(me)遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物质会(huì)不(bù)会意味着(zhe)人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的(de)行(xíng)星(xīng)上，暗(àn)物质正在通过(guò)这样的效应创造生(shēng)命。当(dāng)然，这(zhè)些推(tuī)论(lùn)的大(dà)前提(tí)是要先找到暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的实(shí)际(jì)证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力(lì)！

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