宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无(wú)法解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么(me)？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的(de)证据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进行了超(chāo)过50次的长期(qī)实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来，当天文(wén)学家们发现(xiàn)某些天(tiān)体运(yùn)行轨道(dào)出现异常，不符(fú)合(hé)万有引力(lì)定(dìng)律的时候(hòu)，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一定有未知的天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是应用(yòng)万有引力定律(lǜ)所(suǒ)取得(dé)重大天文成就的例子。但(dàn)是(shì)这些发现都是在(zài)恒星(xīng)系统的尺度当中，可(kě)当(dāng)我们上(shàng)升到(dào)星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹(zī)威基(jī)正在研究(jiū)和测量(liàng)后(hòu)发星(xīng)系团(tuán)的质量(liàng)。这是一(yī)个由(yóu)数千个星系(xì)所组成(chéng)的巨大星系团，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用到(dào)两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要的数据(jù)是测量各个星系(xì)的光度。

第二(èr)种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个(gè)星系相对于星系(xì)团的运动速(sù)度。当测量结果出来之后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可见光的(de)形(xíng)式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速(sù)度的(de)过程中(zhōng)，兹威基发现星系(xì)团中很多星系的(de)速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量(liàng)所(suǒ)产生的引力(lì)是无法将它们束缚在星(xīng)系(xì)团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘(mì)的力(lì)量(liàng)在起(qǐ)作用，这种力(lì)量来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了(le)这样部分不可见的(de)暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占(zhàn)据(jù)着宇(yǔ)宙中绝(jué)大(dà)部分的质(zhì)量。只是(shì)当时的人们对这样的(de)一种说法不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个(gè)词才再一次(cì)出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特在观测仙女座(zuò)星(xīng)系中的(de)恒星(xīng)运动。理论上(shàng)来说，距(jù)离中心越远的恒(héng)星在其(qí)轨(guǐ)道上(shàng)的运行(xíng)速度就(jiù)会(huì)越慢。但(dàn)是他(tā)们观测的结果却让人感到(dào)不可思议。

随(suí)着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿的(de)万有引力定(dìng)律(lǜ)，在(zài)星系当(dāng)中如果没有足够大(dà)的质量来吸引它们(men)，这些(xiē)外围(wéi)的恒星(xīng)早就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对(duì)标准的(de)方(fāng)法来(lái)解释暗物质的存在(zài)，这种方(fāng)法就(jiù)是测(cè)量星系当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转速度。如果出(chū)现异(yì)常的结(jié)果，就认为是由(yóu)暗物质的力(lì)量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜(jìng)测量(liàng)了距离星系中心更(gèng)远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符(fú)合牛顿的力学(xué)定律。我们的太(tài)阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速(sù)度远远大于(yú)理论(lùn)速度，那么(me)产生以上这种向心加速度(dù)的原(yuán)因很可能就是存在着一(yī)种我们看不到的(de)物质，是这些暗物质的(de)引(yǐn)力效(xiào)应将星系聚集在了(le)一起。

也(yě)是从这时(shí)开始，越(yuè)来越多的研(yán)究人员开(kāi)始相信(xìn)暗物(wù)质(zhì)的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估(gū)算在星(xīng)系当(dāng)中暗物质的质量占整个星(xīng)系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯(wéi)一(yī)可以解释这个(gè)现(xiàn)象(xiàng)的(de)原因。在一项新的研究当中，科(kē)学家(jiā)们(men)发现(xiàn)，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的(de)遥远恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量(liàng)却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就(jiù)会(huì)分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用(yòng)正常的物质和力学定(dìng)律来解释(shì)的。那么(me)又有人提出，也许该星(xīng)系的(de)暗物(wù)质，已经被附近的另一个大星(xīng)系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存在。造(zào)成这些现(xiàn)象的除了(le)暗(àn)物质的假说(shuō)之外，另一(yī)种可(kě)能就是人类对引力的理解还不够全(quán)面，引力很可能(néng)在不同尺度空间(jiān)中的(de)工作方式是不同的，这意(yì)味着在行(xíng)星系(xì)尺度(dù)中的天(tiān)体(tǐ)会沿着它们(men)的轨道(dào)，按(àn)照(zhào)我(wǒ)们所理解的方式运动。但是(shì)上升到星系(xì)和星团的(de)尺(chǐ)度，引力之间的相(xiāng)互(hù)作用则是不同的方式。对(duì)于在星(xīng)系团之间的相互作用，科学家还(hái)引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是在(zài)数百(bǎi)万(wàn)光年的规(guī)模上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的(de)效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要(yào)对现在的物理定律进行(xíng)修正(zhèng)，这些发现也让很(hěn)多人(rén)认为暗(àn)物(wù)质(zhì)假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其(qí)他(tā)的(de)理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量都在星系的(de)气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互(hù)作(zuò)用就会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星(xīng)系(xì)团(tuán)大部(bù)分的质(zhì)量将位于所有这些气体所在的中间区域(yù)。那么我们通过什么来(lái)验证它的质量区域(yù)到(dào)底(dǐ)是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全彩(cǎi)的(de)高清(qīng)照(zhào)片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到很多(duō)星系似(shì)乎被拉伸产生(shēng)了(le)巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上(shàng)的观测者之间(jiān)。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的(de)东西的引力(lì)，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系(xì)团观测的(de)时(shí)候，发现它的大质量区(qū)域(yù)并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解(jiě)释方(fāng)法就是当星团(tuán)发生全(quán)部的(de)碰撞时，可被观(guān)测到tan1等于多少，tan1等于多少兀的(de)质量气体被卡在了中间，暗(àn)物(wù)质则直接通过了(le)这个(gè)区域，并在两(liǎng)边(biān)形(xíng)成了引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜(jìng)研究(jiū)也被认为是暗物质存在的(de)迄(qì)今为止最(zuì)好的理(lǐ)论(lùn)证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了(le)130多(duō)亿年(nián)之后，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留(liú)下了(le)各相同性的微波辐射。其中红色的(de)部(bù)分(fēn)表(biǎo)示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际(jì)上它(tā)们之间(jiān)的(de)温差只(zhǐ)有万分(fēn)之(zhī)一(yī)。

科学家们通过对(duì)前景背景分离(lí)后的二值图像进行(xíng)连通域(yù)提取和标记之(zhī)后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是(shì)这(zhè)样的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐射(shè)的测量值，我tan1等于多少，tan1等于多少兀们需要的暗物质(zhì)大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解(jiě)释(shì)星(xīng)系当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致的(de)。这就意味着(zhe)。

用了(le)一个简单的理论框架，就很好地(dì)解释了(le)很多不同的(de)观测(cè)结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某(mǒu)种类型(xíng)的粒(lì)子(zi)，它们不参与任(rèn)何其他(tā)的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存(cún)在，就相当(dāng)于(yú)找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提出(chū)了数十(shí)种(zhǒng)的(de)假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎不会与常(cháng)规物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过(guò)50次的(de)实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除(chú)了一(yī)个地方，意(yì)大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地学实(shí)验(yàn)室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高的(de)探测(cè)器(qì)，一直致力于寻找暗(àn)物(wù)质粒子(zi)的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年的数(shù)据(jù)收(shōu)集，人们发(fā)现了(le)一个(gè)有趣的(de)事(shì)情。探(tàn)测率会在每年(nián)的(de)6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然(rán)后(hòu)在11月降到最低，而(ér)且在(zài)20年当(dāng)中每年都是一样(yàng)。一些科学家(jiā)认为(wèi)这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期性的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度(dù)围绕着银河(hé)系进行(xíng)移动(dòng)，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程(chéng)中会产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太(tài)阳(yáng)的方向与太阳(yáng)环绕银(yín)河系的(de)方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达(dá)到完全(quán)一致(zhì)，这是(shì)理论上地球穿(chuān)越暗物(wù)质流最(zuì)快的时段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论(lùn)的(de)有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释，研究(jiū)人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成(chéng)这种年度周期信(xìn)号(hào)的差异也(yě)可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游(yóu)客的(de)数量也符合这(zhè)个(gè)周期的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又在南半球(qiú)建(jiàn)立了一个(gè)几乎(hū)相(xiāng)同的实验室(shì)，这(zhè)里的季节(jié)与(yǔ)之前的实(shí)验室正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里(lǐ)，地(dì)球穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动(dòng)特征(zhēng)和第一个(gè)实(shí)验室是(shì)一(yī)样的。

因(yīn)此，如(rú)果在(zài)这里可以得到相同的(de)信号，就可以成(chéng)为暗物质(zhì)所存(cún)在的非(fēi)常有力(lì)的证据(jù)了(le)。但是由于(yú)这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截(jié)至目前还无法提供相应的(de)数据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但(dàn)它的(de)宽(kuān)视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途(tú)就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测(cè)的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒(lì)子(zi)天体物(wù)理中心的科学(xué)家丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存(cún)在，它们极有(yǒu)可(kě)能(néng)拥有另一种神(shén)秘的(de)效应，这种暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的(de)暗物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的(de)效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的(de)大(dà)前提是要先找到暗物质存(cún)在的(de)实(shí)际证据(jù)。那(nà)么(me)小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的(de)支(zhī)持是我更(gèng)新的动力(lì)！

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