宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究(jiū)竟是(shì)什(shén)么？人(rén)类为了寻找暗物(wù)质(zhì)存在的证据(jù)，科学家们在过(guò)去(qù)的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任何的有效证据。除(chú)了一个地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表了万(wàn)有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的(de)规律(lǜ)。往后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天文学家(jiā)们发现某(mǒu)些天体运行(xíng)轨道出(chū)现异(yì)常，不符(fú)合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的天体通过引力(lì)在(zài)摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是(shì)应用万有引力(lì)定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天(tiān)文成(chéng)就的例子。但是这些(xiē)发现都是(shì)在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可当我们上升(shēng)到星(xīng)系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测量古巴对中国人友好吗，古巴为什么对中国人这么好(liàng)后发星(xīng)系团的质量(liàng)。这是(shì)一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的(de)质量一(yī)般会使(shǐ)用到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确定其(qí)质量的范围。

第(dì)一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测量各个星(xīng)系(xì)的(de)光(guāng)度(dù)。

第二种是动力学质量(liàng)的(de)计算，是利用光(guāng)谱红移测(cè)量星系团中(zhōng)的各个星(xīng)系(xì)相对(duì)于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来(lái)之(zhī)后，兹(zī)威基(jī)彻底懵(měng)了(le)，“动(dòng)力(lì)学质量”竟(jìng)然是(shì)“光度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式(shì)所存在(zài)，我(wǒ)们(men)无(wú)法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系(xì)的速度比理论上要快(kuài)得(dé)多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系的质量(liàng)所产生的引力是无法(fǎ)将它们(men)束缚在星(xīng)系团(tuán)内(nèi)的，它们早就应该被(bèi)抛(pāo)出星系团之(zhī)外了(le)，除非(fēi)有一种神(shén)秘的力量在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样部分(fēn)不可见的暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们(men)对这样(yàng)的(de)一(yī)种说(shuō)法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特(tè)福特在观(guān)测仙女座星(xīng)系中的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速(sù)度就会越慢。但是他们(men)观(guān)测的(de)结(jié)果(guǒ)却让(ràng)人感(gǎn)到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸(xī)引它(tā)们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法(fǎ)来(lái)解释暗(àn)物质(zhì)的存在(zài)，这(zhè)种方法就是测量星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系(xì)中心的距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异(yì)常的(de)结果(guǒ)，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质的力(lì)量进(jìn)入其中(zhōng)。

于(yú)是科学家们通过射(shè)电望远镜测量了距离星系(xì)中心更(gèng)远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂(bì)之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太(tài)阳系的运行速度(dù)应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速(sù)度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这(zhè)种向心加速(sù)度(dù)的原因很可能就是存(cún)在着一种(zhǒng)我们(men)看不到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗物(wù)质的引力效应将(jiāng)星系聚(jù)集(jí)在(zài)了(le)一起。

也是从这时(shí)开始(shǐ)，越来越多的研究人员(yuán)开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的存在(zài)。科学(xué)家根据星系外(wài)恒(héng)星轨道的速度，估算在(zài)星系当(dāng)中暗(àn)物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究(jiū)当(dāng)中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应(yīng)的(de)遥(yáo)远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也(yě)会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天(tiān)文学家还发现了(le)一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒(héng)星数量(liàng)却只有银河(hé)系(xì)的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科(kē)学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个(gè)小时的(de)详细(xì)测量(liàng)之后，发(fā)现星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动(dòng)是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附近的另(lìng)一个大(dà)星(xīng)系剥离了。奇怪(guài)的是，它(tā)的(de)附近没有(yǒu)任何(hé)星(xīng)系存在。造成这些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一(yī)种可能(néng)就是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能(néng)在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中(zhōng)的(de)天体会沿着它(tā)们的轨(guǐ)道，按照我们所理解(jiě)的(de)方式运动。但是上(shàng)升到星系(xì)和(hé)星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力之间的相互(hù)作用则是不同的方式(shì)。对于在星(xīng)系(xì)团之间的相互作用，科学家还(hái)引入(rù)了(le)外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效(xiào)果，这(zhè)个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我(wǒ)们需要对(duì)现在的物理定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现(xiàn)也让(ràng)很多人认为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是(shì)在(zài)宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗物(wù)质存在的其他(tā)的理论证据，这(zhè)些理论证(zhèng)据(jù)是蒙(méng)德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部(bù)分(fēn)的普(pǔ)通质量都在(zài)星系的气(qì)体当(dāng)中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气(qì)体(tǐ)的相互(hù)作用就(jiù)会导(dǎo)致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区(qū)域(yù)。那么(me)我们通(tōng)过什么来验证它的质量区域到底是不是集(jí)中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的(de)高清照片(piàn)，在照片(piàn)中我(wǒ)们(men)可以明显地(dì)看到很(hěn)多星系似(shì)乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其(qí)实这些星(xīng)系本身(shēn)并(bìng)不是真的被扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地球上的观测者之(zhī)间(jiān)。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个(gè)超大质量的东西(xī)的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的(de)光都(dōu)发(fā)生了扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个(gè)巨大(dà)的天(tiān)体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物(wù)质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团(tuán)观测的(de)时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法就是当星团发生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡在(zài)了中间(jiān)，暗物质(zhì)则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被认为是暗物(wù)质存在的迄今为(wèi)止最好的理论证据(jù)。

除此之外(wài)，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多(duō)亿年(nián)之后，这(zhè)些(xiē)光在(zài)宇宙空(kōng)间背景(jǐng)上(shàng)留下(xià)了(le)各(gè)相同性的微波辐射。其中红色(sè)的(de)部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较(jiào)冷的区域，但实(shí)际上(shàng)它们之间(jiān)的温差(chà)只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们通(tōng)过对前景(jǐng)背景(jǐng)分离后(hòu)的二(èr)值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来不应该(gāi)是这(zhè)样的，而(ér)随(suí)着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射的(de)测量值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的(de)暗物质比(bǐ)例是一致的(de)。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解(jiě)释了很多不同的观测(cè)结果。而暗(àn)物(wù)质(zhì)的本(běn)质就是宇宙当中存在着(zhe)某(mǒu)种类型的(de)粒子，它们(men)不参与任何(hé)其(qí)他的电磁作(zuò)用，只通过引力来(lái)相互作用。所以如果能够找到这种粒子(zi)的存在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的(de)实(shí)际(jì)证据(jù)。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什么？科(kē)学(xué)家们(men)已经(jīng)提出了数十(shí)种的(de)假想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的(de)实验方(fāng)式也(yě)不相同。在过去的几十(shí)年(nián)当中，人类为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已经进(jìn)行了超(chāo)过50次的(de)实验，却没(méi)有任(rèn)何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利(lì)的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球上最(zuì)大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼(lóu)高的(de)探测器(qì)，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家(jiā)声(shēng)称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探测(cè)率会(huì)在每年的(de)6月份达到(dào)峰值，然(rán)后在11月(yuè)降到(dào)最低(dī)，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家(jiā)认(rèn)为这(zhè)可能是(shì)人类(lèi)发现暗物(wù)质的第一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号(hào)呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这(zhè)意味着我们(men)也(yě)在(zài)以这样的速(sù)度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年(nián)的时(shí)间，地(dì)球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致(zhì)的(de)，而另(lìng)外半(bàn)年则(zé)与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系的平(píng)面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这可(kě)以用(yòng)来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可(kě)能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造(zào)成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合这个(gè)周期(qī)的规律。

所以，科学家们又(yòu)在(zài)南半球建立了一(yī)个几乎(hū)相同(tóng)的实(shí)验室，这里的季节(jié)与之(zhī)前的实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流(liú)的运(yùn)动特(tè)征(zhēng)和第一个实验(yàn)室(shì)是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同的信(xìn)号，就可(kě)以成为(wèi)暗物(wù)质所存在的(de)非(fēi)常有力(lì)的(de)证(zhèng)据(jù)了。但是由于(yú)这个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成(chéng)不久(jiǔ)，所以截(jié)至目(mù)前还无法(fǎ)提供相应的(de)数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心(xīn)的(de)科学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在(zài)，它们极(jí)有可能(néng)拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命的(de)诞(dàn)生，或(huò)者说是生命进化的(de)一个(gè)重要因素。

如果这一理论(lùn)得(dé)到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会(huì)不会意味着(zhe)人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通过这样的(de)效应创造生(shēng)命(mìng)。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是要(yào)先找到暗(àn)物质(zhì)存在的(de)实(shí)际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到(dào)底存不(bù)存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的(de)支持(chí)是我更新的动力！

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