宇宙是(shì)“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是(shì)什么？人类为了寻找暗(àn)物质(zhì)存在的(de)证(zhèng)据，科学家们在过去(qù)的几十年当(dāng)中进(jìn)行(xíng)了超(chāo)过(guò)50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发(fā)现任何的(de)有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了(le)万有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往(wǎng)后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不符(fú)合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会(huì)知道，周围一定(dìng)有未知的天体通过(guò)引力在(zài)摄(shè)动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的(de)异常，推算(suàn)并且发现了海王星的存(cún)在(zài)。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星的(de)发现都是(shì)应用万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)所取得重大(dà)天文成就(jiù)的例(lì)子。但是这些发现都是(shì)在(zài)恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在(zài)研(yán)究和(hé)测量后发(fā)星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个(gè)星(xīng)系(xì)所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量一般会使用(yòng)到两种方法，当(dāng)两种方法结果一(yī)致，就可以确定(dìng)其质量(liàng)的范围。

第一种是获(huò)得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是(shì)测量各个(gè)星系(xì)的(de)光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团(tuán)中的各个星系(xì)相对于星系团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光(guāng)度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存(cún)在(zài)，我们(men)无(wú)法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的(de)过(guò)程(chéng)中(zhōng)，兹威基发(fā)现星系(xì)团中很多星系的速度比理论(lùn)上要快(kuài)得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这些可(kě)见星系的(de)质量所产生的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内(nèi)的(de)，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出星系(xì)团之外了(le)，除非有一(yī)种神秘(mì)的力(lì)量在(zài)起作(zuò)用，这(zhè)种力量来(lái)源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是(shì)它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们(men)对(duì)这样的一(yī)种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再一次(cì)出现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在观测(cè)仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢(màn)。但是他(tā)们观测的(de)结果却让人(rén)感到不可思议(yì)。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)，在星系当中如果没有(yǒu)足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准的方(fāng)法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就(jiù)认为(wèi)是由(yóu)暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于是(shì)科学家们通过(guò)射电(diàn)望远(yuǎn)镜测(cè)量了(le)距(jù)离(lí)星系中心更远距离(lí)的(de)氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的(de)太阳系(xì)也不例外，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的(de)第(dì)三(sān)悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力(lì)定(dìng)律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论(lùn)速(sù)度，那(nà)么(me)产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就是存在着(zhe)一种我们看不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解(jiě)释这个(gè)现(xiàn)象的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力(lì)效(xiào)应的遥(yáo)远恒(héng)星之(zhī)间(jiān)，也会出现速度上的微(wēi)小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一(yī)个反常(cháng)的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)存在(zài)的恒星数量却(què)只有银河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个(gè)小时的(de)详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用正(zhèng)常的物(wù)质和力学定律来解(jiě)释(shì)的。那(nà)么又有人提(tí)出，也许(xǔ)该星系的(de)暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附(fù)近没有任何星系存在。造成(chéng)这(zhè)些现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的假说之(zhī)外(wài)，另一(yī)种(zhǒng)可能就是(shì)人类对引力的理解还不(bù)够全(quán)面，引力很可(kě)能(néng)在不(bù)同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同(tóng)的，这意(yì)味着在行星系(xì)尺度(dù)中的(de)天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相(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效(xiào)应的概(gài)念(niàn)，指的是在(zài)数百(bǎi)万光年的规模上(shàng)，巨大的(de)质(zhì)量之间会产生对(duì)彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们需要对现在的(de)物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他(tā)的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系团，由两个碰撞的(de)星系团(tuán)所组(zǔ)成(chéng)，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它(tā)们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体(tǐ)的(de)相互作用(yòng)就会导(dǎo)致温(wēn)度的急(jí)剧升高(gāo)，速度(dù)大幅降(jiàng)低(dī)。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有(yǒu)这(zhè)些气体所在的中(zhōng)间区域。那(nà)么我们(men)通过什(shén)么来验(yàn)证它的质量(liàng)区域到底是不是集中(zhōng)在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中(zhōng)第(dì)一张全彩的(de)高清(qīng)照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其(qí)实这些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而(ér)是(shì)这样极遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地(dì)球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨(jù)大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大质量的(de)东西的引力(lì)，会(huì)使身(shēn)后更遥(yáo)远星系的光都(dōu)发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨(jù)大的(de)天体(tǐ)可能(néng)是(shì)超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人(rén)们对子(zi)弹星系团观测(cè)的(de)时候(hòu)，发(fā)现它的大质量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最(zuì)好(hǎo)的解释(shì)方(fāng)法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部(bù)的(de)碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两(liǎng)边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对(duì)子(zi)弹星(xīng)系团的引力透(tòu)镜研究(jiū)也(yě)被认(rèn)为是暗(àn)物质存在的(de)迄今(jīn)为止最好的理论(lùn)证据(jù)。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年(nián)之后(hòu)，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了(le)各(gè)相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部(bù)分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对(duì)前(qián)景背景分离后的二值(zhí)图像进(jìn)行(xíng)连(lián)通域提(tí)取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来(lái)不应该是这样(yàng)的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要(yào)的(de)暗物质(zhì)大(dà)约是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字(zì)与解释(shì)星(xīng)系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单(dān)的(de)理论框架，就很(hěn)好地(dì)解释了很多不同(tóng)的观(guān)测结(jié)果。而暗物质的本(běn)质就是(shì)宇宙当中存在着某种(zhǒng)类(lèi)型(xíng)的粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找到这(zhè)种粒(lì)子的(de)存(cún)在，就相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子(zi)到底是(shì)什么？科学家(jiā)们已经提出了数(shù)十种的假想目标，而要寻(xún)找这些(xiē)不同(tóng)的目标粒子(zi)所需要的实验(yàn)方式也不相同。在过去(qù)的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的(de)实验，却(què)没有任何实质性(xìng)的发(fā)现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地(dì)球(qiú)上最(zuì)大的地学(xué)实验室，这个实(shí)验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三(sān)层楼高的(de)探测器，一直(zhí)致(zhì)力(lì)于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学(xué)家(jiā)声称观测到(dào)了某种信号。经过(guò)了(le)20多年的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的(de)6月份达到(dào)峰值，然后在11月(yuè)降到最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每年都是(shì)一(yī)样(yàng)。一些科学家(jiā)认为这可(kě)能(néng)是人(rén)类(lèi)发现暗物(wù)质(zhì)的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会(huì)产生周期性的年(nián)度(dù)信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着(zhe)银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我(wǒ)们也(yě)在以这样的速度(dù)在穿(chuān)越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同时地(dì)球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地(dì)球围绕(rào)太阳的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河系(xì)的方(fāng)向是一致的，而(ér)另外半年则(zé)与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达(dá)到完全一致(zhì)，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最快的时(shí)段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到(dào)了最慢值。尽管在实(shí)际的(de)情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系(xì)相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测(cè)到(dào)的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他(tā)的(de)情况，造成这(zhè)种年度(dù)周期信(xìn)号的差异也(yě)可能(néng)是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利(lì)游(yóu)客的数量也符(fú)合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立(lì)了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与(yǔ)之前(qián)的实验室正好(hǎo)相反，而(ér)在这里，地球(qiú)穿过(guò)暗物质流(liú)的(de)运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里可(kě)以得到相同(tóng)的(de)信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非(fēi)常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实(shí)验室(shì)刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以(yǐ)截至(zhì)目前还无法提供相(xiāng)应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽视场仪(yí)器提(tí)供的视野(yě)是(shì)哈(hā)勃红(hóng)外(wài)仪器的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其中一(yī)个关键的用(yòng)途就是(shì)探索暗物质背(bèi)后的(de)奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费(fèi)米(mǐ)实验室(shì)粒(lì)子天体(tǐ)物(wù)理中心的科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘(mì)的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的(de)诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并不孤(gū)单(dān)呢(ne)？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某个角落(luò)的行星(xīng)上，暗物质正在通(tōng)过(guò)这样的(de)效应创(chuàng)造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先找到(dào)暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们(men)觉(jué)得暗(àn)物(wù)质到底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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