宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是什么？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在的证据(jù)，科(kē)学家们在过(guò)去的几(jǐ)十(shí)年当中进行了超(chāo)过(guò)50次(cì)的长(zhǎng)期(qī)实验，但是却(què)没有发现任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规(guī)律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来，当天文学(xué)家们发现某些天(tiān)体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一(yī)定(dìng)有(yǒu)未知(zhī)的天体通(tōng)过引力(lì)在(zài)摄动(dòng)它(tā)的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过(guò)天王星运行(xíng)轨道的异常，推算(suàn)并且(qiě)发现了海王(wáng)星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得重大(dà)天文成(chéng)就(jiù)的例(lì)子。但是这些发现(xiàn)都是在(zài)恒(héng)星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者是星团的(de)尺度(dù)，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系(xì)团(tuán)的质量(liàng)。这(zhè)是一个(gè)由数千个星(xīng)系(xì)所组成的(de)巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系团的(de)质量一般会使用到(dào)两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致，就可(kě)以确定其质量的范(fàn)围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需(xū)要的数据是测量各个星系(xì)的光度(dù)。

第二种是动(dòng)力学质量的(de)计算，是(shì)利用光谱红移测量(liàng)星系(xì)团中(zhōng)的各(gè)个星系(xì)相(xiāng)对于星系团的运动速(sù)度(dù)。当测量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形(xíng)式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是(shì)，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力(lì)是无法将它们束缚在(zài)星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛(pāo)出(chū)星系团之外了，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘(mì)的力量在起作(zu几率还是机率 概率和几率一样吗ò)用，这(zhè)种力量(liàng)来(lái)源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分(fēn)不(bù)可见的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的(de)人们对(duì)这样(yàng)的(de)一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙(xiān)女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来(lái)说，距(jù)离中心(xīn)越远的恒(héng)星在其(qí)轨(guǐ)道(dào)上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的(de)增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持(chí)不变。可是根(gēn)据(jù)牛(niú)顿的万(wàn)有引力定律，在(zài)星系当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用一(yī)种相对(duì)标准的方法来解释(shì)暗物(wù)质的存在，这种方法就是(shì)测量星(xīng)系当中气(qì)体在(zài)X轴(zhóu)上距离(lí)星系(xì)中心的距离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由(yóu)暗物(wù)质的力(lì)量进入其中(zhōng)。

于(yú)是科(kē)学(xué)家们(men)通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学(xué)定律。我们(men)的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)进(jìn)行计算，太阳系的(de)运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实(shí)际速度远远大(dà)于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是(shì)存(cún)在着一种我们看不(bù)到(dào)的物质，是这些暗物(wù)质的引(yǐn)力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越(yuè)来(lái)越多的研究人(rén)员(yuán)开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的(de)研(yán)究(jiū)当中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还(hái)发现了一个(gè)反常的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银河(hé)系的千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该(gāi)星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用(yòng)最(zuì)先进的(de)望远镜对其进行了(le)40个小(xiǎo)时(shí)的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常(cháng)的物(wù)质和力学定律来解释的。那么(me)又有(yǒu)人提(tí)出，也(yě)许(xǔ)该星系的(de)暗物质，已经被(bèi)附近的另(lìng)一个大星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何(hé)星(xīng)系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人(rén)类(lèi)对(duì)引力(lì)的(de)理解还不够全面几率还是机率 概率和几率一样吗，引力(lì)很可能在(zài)不同尺度空间中的(de)工作方式(shì)是(shì)不(bù)同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按(àn)照我们(men)所理解(jiě)的方(fāng)式运(yùn)动(dòng)。但是(shì)上升到星系和星团的尺(chǐ)度(dù)，引力(lì)之间的相互作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间(jiān)的(de)相(xiāng)互作用，科学(xué)家还(hái)引入了外部(bù)场效应的概念，指(zhǐ)的是在数(shù)百万光年的规模上，巨(jù)大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效(xiào)果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需(xū)要对现在(zài)的物理定律(lǜ)进行修正，这些发(fā)现也让很多(duō)人(rén)认为暗物质假说理(lǐ)论(lùn)就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗物质存在(zài)的其(qí)他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的(de)子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的(de)星系(xì)团所组成，类似(shì)这(zhè)样的(de)星团，它们大(dà)部(bù)分的(de)普通质量都(dōu)在星(xīng)系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生(shēng)碰(pèng)撞的时(shí)候，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团(tuán)大部(bù)分(fēn)的(de)质量(liàng)将位于(yú)所有这(zhè)些(xiē)气(qì)体所在(zài)的中间区域。那么(me)我们通(tōng)过什么来验证它(tā)的质量区域(yù)到底是不是集中在中间(jiān)呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照(zhào)片(piàn)中我(wǒ)们可以明显地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被拉伸产(chǎn)生了(le)巨大的形(xíng)变。其实(shí)这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一(yī)个质量超级(jí)巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的(de)时候(hòu)，发现它(tā)的(de)大(dà)质量区(qū)域并(bìng)不是在中间(jiān)，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以最好的解释(shì)方(fāng)法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并(bìng)在(zài)两边形成了(le)引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是(shì)暗(àn)物质存在的迄今(jīn)为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外，还(hái)有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开(kāi)始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经(jīng)过(guò)了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上(shàng)留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分(fēn)之(zhī)一(yī)。

科学家们(men)通(tōng)过对前景背景分离后(hòu)的二值(zhí)图(tú)像(xiàng)进行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一(yī)些峰(fēng)值(zhí)的(de)幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐(fú)射的测量(liàng)值(zhí)，我们需要(yà几率还是机率 概率和几率一样吗o)的暗物质大(dà)约(yuē)是(shì)普通物(wù)质(zhì)的5倍(bèi)。这(zhè)个数(shù)字与(yǔ)解(jiě)释星(xīng)系当中恒星运(yùn)动(dòng)所需要(yào)的暗物(wù)质比例是一致的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了一个简单的(de)理论(lùn)框架(jià)，就(jiù)很好(hǎo)地(dì)解释了很(hěn)多不同的观(guān)测结果。而暗(àn)物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的(de)粒子，它们不参与任何其他的(de)电磁作用，只通过引力来(lái)相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在(zài)的实际证据。这种粒子(zi)到(dào)底(dǐ)是什么(me)？科学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需要的实验方式也不(bù)相同。在(zài)过去(qù)的几十年当(dāng)中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家们(men)已经进行了超过(guò)50次(cì)的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除(chú)了一(yī)个(gè)地方，意大利(lì)的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实(shí)验(yàn)室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观(guān)测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多年(nián)的数据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一个(gè)有趣的(de)事情。探(tàn)测率会在每年的(de)6月份达(dá)到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而(ér)且在20年(nián)当中每年都是(shì)一样。一(yī)些科学(xué)家(jiā)认(rèn)为这可能(néng)是人类发现暗物质(zhì)的第一个(gè)直接(jiē)证据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质会产(chǎn)生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的(de)方向是(shì)一致(zhì)的，而另外半年则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在(zài)6月(yuè)份的时候，地球与(yǔ)太(tài)阳(yáng)的(de)方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的(de)时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相对(duì)银河系(xì)的平面呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但(dàn)是这并不影响这(zhè)个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然(rán)也可能有其(qí)他的情况，造成这种年度(dù)周(zhōu)期信号(hào)的差异也可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游(yóu)客的数量也(yě)符合这个周期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又在南半球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如(rú)果在(zài)这里可(kě)以得到(dào)相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存(cún)在(zài)的非常有力(lì)的证据了(le)。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不(bù)久，所以截(jié)至目前还(hái)无法提供相应(yīng)的(de)数据支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的宽视场仪(yí)器提(tí)供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其(qí)中(zhōng)一个关(guān)键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对(duì)于探测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实(shí)验室(shì)粒(lì)子天(tiān)体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它(tā)们(men)极(jí)有可能拥(yōng)有(yǒu)另一种神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重(zhòng)要因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不(bù)会意味着人类并(bìng)不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这(zhè)样的效应(yīng)创造生(shēng)命(mìng)。当然，这些(xiē)推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙(huǒ)伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物(wù)质(zhì)到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更(gèng)新的动力！

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