宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存(cún)在科学(xué)无法解释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存(cún)在的(de)证(zhèng)据(jù)，科学家(jiā)们在过去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的(de)长(zhǎng)期(qī)实(shí)验，但是却没有(yǒu)发(fā)现任何的有效证据。除了(le)一个地(dì)方(fāng)，在(zài)1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万(wàn)有引力定律，它揭(jiē)示了(le)宇宙中天(tiān)体运动的(de)规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些(xiē)天体运(yùn)行(xíng)轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定律的时候，他们就会知(zhī)道(dào)，周(zhōu)围(wéi)一定(dìng)有未知的天体通(tōng)过(guò)引力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海王(wáng)星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大天文成就的(de)例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可(kě)当我们(men)上(shàng)升(shēng)到星(xīng)系或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开始(shǐ)变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基正在(zài)研究和测量后(hòu)发星系团的质(zhì)量。这(zhè)是(shì)一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量(liàng)一般会使(shǐ)用到(dào)两种方法(fǎ)，当两种方法结(jié)果一(yī)致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是(shì)获得(dé)其"光度(dù)学的(de)质(zhì)量(liàng)"，需要的数据是测量(liàng)各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测量星系团中的(de)各个星系相(xiāng)对于星系团(tuán)的运动(dòng)速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出(chū)来之后(hòu)，兹威(wēi)最小的非负整数是多少数，最小的非负整数是什么意思基彻底懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者(zhě)说这99%的质量并不(bù)以可见光的形(xíng)式(shì)所存在，我们无法看到(dào)。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测(cè)量速(sù)度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基(jī)发现星系团中很(hěn)多星系的速(sù)度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的(de)运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产生的引力是无法将它(tā)们(men)束缚在(zài)星系(xì)团内的，它们(men)早就应该被抛出星系团(tuán)之外了，除(chú)非(fēi)有一(yī)种神秘的(de)力量在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形(xíng)的(de)物(wù)质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可(kě)见的暗(àn)质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是(shì)当时的人们(men)对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才再一次出现(xiàn)。天文(wén)学(xué)家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在观(guān)测(cè)仙(xiān)女座星系中的恒(héng)星运动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是(shì)他们观测的结果却让人感到不可(kě)思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持不(bù)变。可(kě)是根据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律，在星系当(dāng)中如(rú)果没(méi)有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于(yú)这(zhè)种现象，科学家们(men)会使用一种相(xiāng)对标(biāo)准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量(liàng)星系当中气(qì)体在(zài)X轴上距离星(xīng)系中(zhōng)心的(de)距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异(yì)常的(de)结果，就认(rèn)为是由暗物质的力(lì)量进入(rù)其中。

于是科学家们(men)通过(guò)射电望远镜测量了距(jù)离星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳系位于(yú)银河系(xì)的第(dì)三悬臂之上，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系(xì)正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕银(yín)河系(xì)旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论速(sù)度，那(nà)么产生以(yǐ)上(shàng)这种向心加速度的原(yuán)因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质(zhì)，是这些暗(àn)物质的(de)引(yǐn)力(lì)效应将星(xīng)系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究(jiū)人(rén)员(yuán)开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的(de)存在。科学(xué)家根据星系(xì)外(wài)恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可(kě)以解释这个现象(xiàng)的原因。在(zài)一(yī)项新的研究(jiū)当中，科学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒(héng)星(xīng)之间(jiān)，也(yě)会出现速(sù)度(dù)上(shàng)的(de)微小差异。另(lìng)外，天文(wén)学家还发现了(le)一个反常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银河(hé)系不多(duō)，但是星系(xì)当中存在的恒星(xīng)数量却只有银河(hé)系的千分(fēn)之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物(wù)质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学(xué)家(jiā)们使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个小时(shí)的详(xiáng)细测量(liàng)之后，发现星(xīng)系中的恒(héng)星(xīng)运动是(shì)可以用(yòng)正常的(de)物质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有(yǒu)人(rén)提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的(de)另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星系存在(zài)。造成这些现象的(de)除了暗物质的假说(shuō)之外，另(lìng)一种可能就是人类(lèi)对引(yǐn)力的理解(jiě)还不够全面，引力很可(kě)能(néng)在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的(de)天(tiān)体(tǐ)会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们所理解的方式(shì)运动(dòng)。但(dàn)是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是(shì)不同的方式。对于(yú)在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了(le)外部(bù)场效应的(de)概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的(de)效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着(zhe)我们需(xū)要(yào)对现在的物理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让(ràng)很(hěn)多人认为暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论(lùn)所没(méi)法解释的(de)“引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大(dà)部分(fēn)的普通质量都(dōu)在星(xīng)系(xì)的气(qì)体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团大部分的(de)质(zhì)量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气(qì)体所在的中间区域(yù)。那么我们通过什(shén)么(me)来验(yàn)证它(tā)的质量区域到底是不(bù)是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我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(xíng)变。其实这些星系本(běn)身并(bìng)不是真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不(bù)是韦(wéi)伯望远镜出了(le)什么(me)问题，而是(shì)这样(yàng)极遥远的(de)天体和(hé)我(wǒ)们地球上的观测者之间。被(bèi)一个质量超(chāo)级巨大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大(dà)的天(tiān)体可能是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们对子(zi)弹星(xīng)系(xì)团观测(cè)的时(shí)候(hòu)，发(fā)现(xiàn)它的大(dà)质量(liàng)区域并不是在中(zhōng)间，而(ér)是在(zài)两(liǎng)侧(cè)。所(suǒ)以最好的解释方(fāng)法就是当星团发(fā)生全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗(àn)物质(zhì)则(zé)直接通过了这个区域(yù)，并在两边形(xíng)成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研(yán)究也(yě)被(bèi)认为是暗物(wù)质存在的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还(hái)有来(lái)自宇宙当中最(zuì)古老的(de)光(guāng)。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无(wú)阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当中了。经(jīng)过了(le)130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空间(jiān)背景(jǐng)上(shàng)留下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示(shì)温度较高的区域(yù)，蓝色则表示(shì)相对较冷的(de)区(qū)域，但(dàn)实际上它(tā)们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分(fēn)离后的(de)二(èr)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(dāng)中没(méi)有暗(àn)物质，图(tú)形看起来不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐(fú)射的(de)测量(liàng)值(zhí)，我(wǒ)们(men)需要的暗物(wù)质大约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系(xì)当中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要的暗物(wù)质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一(yī)个(gè)简单的理论框架(jià)，就很好地解释了(le)很(hěn)多不(bù)同(tóng)的观测(cè)结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当(dāng)中存在着某(mǒu)种类(lèi)型的粒(lì)子(zi)，它们不(bù)参与任何(hé)其(qí)他的电磁(cí)作用，只通过引力来相互(hù)作(zuò)用。所以如果能够(gòu)找到(dào)这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在(zài)的实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到底是什(shén)么(me)？科(kē)学家(jiā)们已(yǐ)经(jīng)提(tí)出(chū)了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需要(yào)的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十年(nián)当(dāng)中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸不(bù)到，几乎不(bù)会与常规物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超(chāo)过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意(yì)大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最大的地(dì)学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼(lóu)高的探(tàn)测(cè)器，一(yī)直致力于寻找暗(àn)物质(zhì)粒(lì)子的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家(jiā)声称观测到了(le)某种信号(hào)。经过了20多(duō)年的(de)数据(jù)收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率会(huì)在每年的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每(měi)年(nián)都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是(shì)人类(lèi)发现(xiàn)暗(àn)物质(zhì)的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生(shēng)周期性的年(nián)度信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移(yí)动，那么(me)如(rú)果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着我们也在以(yǐ)这样(yàng)的(de)速度在(zài)穿越(yuè)着暗物质流(liú)，这个过程中会产生相应的振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环(huán)绕银河系的(de)方(fāng)向是(shì)一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方向正(zhèng)好达(dá)到完全一致最小的非负整数是多少数，最小的非负整数是什么意思，这是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相对银(yín)河(hé)系的(de)平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认为这可以用来解(jiě)释，研究(jiū)人员们(men)所观测到(dào)的周期性信号。当(dāng)然也可能有其(qí)他(tā)的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的(de)差(chà)异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也符合这个周期(qī)的(de)规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在南(nán)半球建立(lì)了一个(gè)几乎相(xiāng)同(tóng)的实验室，这里(lǐ)的(de)季节(jié)与之前的实验室(shì)正好相反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动特征(zhēng)和第(dì)一个实验室是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)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(gè)实验室刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提(tí)供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途(tú)就(jiù)是探索(suǒ)暗物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于(yú)探测(cè)的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天(tiān)体物理中心的科学家(jiā)丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的(de)诞生，或者说是(shì)生(shēng)命进(jìn)化的一(yī)个重要因(yīn)素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗(àn)物质会不会意(yì)味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论(lùn)的大前提是(shì)要先找到暗(àn)物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉(jué)得暗物质(zhì)到(dào)底存不存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持是我更新的(de)动力！

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