宇宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为何会(huì)存在科(kē)学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的(de)几(jǐ)十年(nián)当(dāng)中进行了超过50次(cì)的长期实验，但(dàn)是却没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的(de)自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万有引力定律，它(tā)揭示了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规律。往后(hòu)的几百年(nián)来(lái)，当天(tiān)文学家们发现某些(xiē)天体运行(xíng)轨道出现异常(cháng)，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一(yī)定有未知的天体通(tōng)过引力在摄(shè)动它的(de)轨道(dào)。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨道(dào)的(de)异常，推算并(bìng)且发(fā)现了(le)海王星的(de)存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都是应用万(wàn)有引力定(dìng)律所取(qǔ)得重大天文(wén)成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们上(shàng)升到(dào)星系(xì)或者(zhě)是(shì)星(xīng)团(tuán)的尺度，事(shì)情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在(zài)研究和(hé)测(cè)量后发(fā)星系团(tuán)的质量。这是一个由(yóu)数(shù)千(qiān)个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这些星系(xì)被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的(de)质量(liàng)一般(bān)会使用(yòng)到两种方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果一(yī)致，就可以(yǐ)确定其(qí)质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需要的数(shù)据是测量各个星系的光度。

第(dì)二种是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测(cè)量星系(xì)团(tuán)中的各个星系相(xiāng)对于星系团的(de)运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质量”竟然是(shì)“光度(dù)学质量”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的(de)质量并不以可见(jiàn)光(guāng)的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量(liàng)速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系(xì)团中很(hěn)多星系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛(pāo)出星系(xì)团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这种力量来(lái)源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹(zī)维基提出(chū)了这样部(bù)分不可见的(de)暗(àn)质(zhì)，它不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是(shì)当时(shí)的人们对这样的一种说法不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再(zài)一次出(chū)现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星(xīng)系中的(de)恒星运动。理论上来说(shuō)，距离(lí)130万韩元等于多少人民币，130万韩元等于多少美元中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的(de)结(jié)果却(què)让人感到(dào)不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中(zhōng)心(xīn)距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据(jù)牛顿(dùn)的(de)万有引力定律，在(zài)星系当中如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们(men)会使(shǐ)用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测(cè)量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量(liàng)进入其中。

于是科学家(jiā)们通过(guò)射电(diàn)望远镜(jìng)测量了距离星(xīng)系中(zhōng)心更远距(jù)离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符(fú)合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于(yú)银河系的第三(sān)悬(xuán)臂之(zhī)上，距离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳(yáng)系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实(shí)际(jì)速(sù)度(dù)远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速度(dù)的原因很可能就是(shì)存(cún)在着一种我们看不(bù)到的(de)物(wù)质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来(lái)越多(duō)的研究人(rén)员开(kāi)始相信暗物质的(de)存在(zài)。科学(xué)家根(gēn)据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量(liàng)占(zhàn)整个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可(kě)以(yǐ)解释这个现(xiàn)象的原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究当(dāng)中(zhōng)，科学家们(men)发现(xiàn)，几乎(hū)没(méi)有引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了(le)一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银河(hé)系不多，但(dàn)是星系当中存在(zài)的恒星数量却(què)只有银河系(xì)的(de)千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的(de)详细(xì)测量之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动是可以用正常的物质和力学(xué)定律(lǜ)来解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一(yī)个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任(rèn)何星系存在(zài)。造成这些现象的除了暗(àn)物(wù)质的假说之(zhī)外(wài)，另一种可能就是人类对(duì)引力的(de)理解(jiě)还不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能(néng)在不同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的(de)，这意味着在行星(xīng)系尺度中的(de)天(tiān)体会沿(yán)着它们的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解(jiě)的方式运动。但是上升到(dào)星系和星团(tuán)的尺度(dù)，引力之间的相互作用则(zé)是不同的(de)方式。对于在星系团(tuán)之间的相(xiāng)互作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入了(le)外部场效应的(de)概(gài)念，指的是在数百(bǎi)万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的(de)效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(130万韩元等于多少人民币，130万韩元等于多少美元lǐ)论(lùn)成立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质假说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他(tā)的理(lǐ)论证据(jù)，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所(suǒ)没(méi)法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子(zi)弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)，类似这(zhè)样的星(xīng)团，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都在星系的气(qì)体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星(xīng)际气体的(de)相互(hù)作用就会导致(zhì)温度(dù)的急剧(jù)升高，速度大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于(yú)所有这些气体所在的中间(jiān)区域。那(nà)么我们通(tōng)过什么来验证它(tā)的质量区域到底是(shì)不是集中在中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了(le)宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片(piàn)中我们可(kě)以明显(xiǎn)地看到(dào)很多星系似乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了(le)，也不(bù)是(shì)韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和(hé)我们(men)地球(qiú)上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都发生了(le)扭曲(qū)。这个(gè)现象就是引力透镜(jìng)效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天体可能是(shì)超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测的时候，发(fā)现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当(dāng)星团发生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测(cè)到的(de)质(zhì)量气(qì)体被卡在了中间(jiān)，暗物质(zhì)则(zé)直接(jiē)通过了这个区域(yù)，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力(lì)透镜(jìng)研究(jiū)也被认为是暗物质存在(zài)的迄今为(wèi)止最好的(de)理(lǐ)论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。经过了130多亿年(nián)之(zhī)后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示(shì)温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际上它们(men)之间(jiān)的温差(chà)只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二(èr)值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而随(suí)着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波(bō)背景辐射(shè)的(de)测量值，我们需(xū)要的(de)暗物质大约是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解(jiě)释星系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比例是一(yī)致的(de)。这就(jiù)意(yì)味着(zhe)。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本(běn)质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒(lì)子，它们不(bù)参与任何其(qí)他的电(diàn)磁作(zuò)用(yòng)，只通过引力来(lái)相互(hù)作用。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而(ér)要寻找这(zhè)些(xiē)不同的目标(biāo)粒子(zi)所需要的实验方式也(yě)不(bù)相同。在过去的几十年当中，人(rén)类(lèi)为了(le)寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互(hù)作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实验，却没(méi)有任(rèn)何实质性的(de)发现，除了一个地方，意(yì)大利(lì)的格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一(yī)直(zhí)致力(lì)于寻找暗(àn)物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科(kē)学家声称观测(cè)到了某种信号。经(jīng)过了20多年(nián)的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测(cè)率会(huì)在(zài)每年的6月份(fèn)达(dá)到峰值，然后在11月降到(dào)最低(dī)，而(ér)且在20年当中每年都是(shì)一样(yàng)。一(yī)些科学家认为这可能是(shì)人类发(fā)现(xiàn)暗物质的(de)第一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期(qī)性的年度信号(hào)呢(ne)？刚才我们(men)讲(jiǎng)了(le)太阳系正在(zài)以220公(gōng)里(lǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度在(zài)穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的(de)振荡(dàng)，同时地(dì)球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河(hé)系的方向是(shì)一(yī)致的，而另外(wài)半(bàn)年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的(de)时(shí)候，地(dì)球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好(hǎo)达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值(zhí)。尽管在实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银(yín)河系的(de)平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是这并不(bù)影(yǐng)响这个(gè)理论的有效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为这可以(yǐ)用来(lái)解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的周期(qī)性信号。当(dāng)然(rán)也可能有(yǒu)其他的情(qíng)况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周期信号(hào)的差(chà)异也可能(néng)是(shì)温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意(yì)大(dà)利游(yóu)客(kè)的(de)数(shù)量也符合(hé)这个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南(nán)半球建立了(le)一(yī)个几乎相同的(de)实(shí)验室，这(zhè)里的季节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第(dì)一个实(shí)验室是(shì)一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如(rú)果在这(zhè)里可(kě)以(yǐ)得到(dào)相同的信号，就可(kě)以成为暗物质(zhì)所存在的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但(dàn)是(shì)由于这个实(shí)验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法提(tí)供(gōng)相应的(de)数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜其中一个关键的用(yòng)途(tú)就是(shì)探(tàn)索(suǒ)暗物(wù)质背后的(de)奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如(rú)果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会(huì)支持(chí)宇宙(zhòu)当(dāng)中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说是(shì)生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效(xiào)应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前提(tí)是要先(xiān)找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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