宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什么？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在的证据，科(kē)学家们在过去的几十年当(dāng)中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是(shì)却没有发现任何的有(yǒu)效(xiào)证(zhèng)据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲(zhé)学数学(xué)原理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发表了万(wàn)有引力定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当(dāng)天(tiān)文学家们发(fā)现某些天体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它(tā)的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过(guò)天王(wáng)星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发(fā)现了(le)海王(wáng)星(xīng)的(de)存(cún)在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引力定律所取(qǔ)得(dé)重大天文成(chéng)就(jiù)的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可(kě)当我们(men)上(shàng)升到星系或者是(shì)星团的尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家弗里茨(cí)兹威基正在研(yán)究(jiū)和测量后发星系团的(de)质(zhì)量。这是一个由(yóu)数(shù)千(qiān)个星系(xì)所组(zǔ)成的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些(xiē)星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到两(liǎng)种方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果(guǒ)一致，就(jiù)可以确(què)定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得(dé)其"光度学(xué)的质量"，需要(yào)的(de)数(shù)据是(shì)测量各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的(de)计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系(xì)相对于星(xīng)系团的运动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了，“动(dòng)力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的(de)质量并不以(yǐ)可(kě)见(jiàn)光(guāng)的形式所存(cún)在，我们无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是(shì)，在测(cè)量(liàng)速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中很多星系(xì)的速度比(bǐ)理论(lùn)上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量(liàng)所(suǒ)产生(shēng)的引力是无(wú)法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天文(wén)学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在观测仙女座(zuò)星系(xì)中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他们观测(cè)的结果却让(ràng)人(rén)感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没(méi)有足够大的质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科学(xué)家们会使用一种相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方法就是(shì)测量星系当中气(qì)体在X轴上(shàng)距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出(chū)现异(yì)常的结(jié)果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学(xué)家们通(tōng)过射电望远镜测(cè)量了(le)距离(lí)星系中(zhōng)心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿(dùn)的力(lì)学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位(wèi)于银河(hé)系的第三(sān)悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太(tài)阳(yáng)系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际(jì)上，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银河系(xì)旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上(shàng)这(zhè)种向心加速度的3千克是多少斤 1千克是一斤吗原(yuán)因(yīn)很(hěn)可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研究人员(yuán)开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的(de)速度，估算在星系(xì)当中暗物质的质量占(zhàn)整个(gè)星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这个现(xiàn)象的原(yuán)因。在(zài)一(yī)项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度(dù)上(shàng)的微小差异。另外(wài)，天文(wén)学(xué)家(jiā)还发(fā)现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离(lí)地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是星系(xì)当(dāng)中(zhōng)存在的(de)恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系(xì)的(de)千分之(zhī)一。

所以在(zài)理论上，该星系必(bì)须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会(huì)分(fēn)崩离(lí)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(shí)的详细测量之后(hòu)，发现星系中的(de)恒星运(yùn)动是(shì)可以用正常的物质和(hé)力学定律(lǜ)来解释的。那么(me)又有人提(tí)出(chū)，也(yě)许该(gāi)星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能就是(shì)人类(lèi)对引力的理解还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作(zuò)方式是(shì)不同的(de)，这意味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理解的方(fāng)式运(yùn)动(dòng)。但是上升到(dào)星(xīng)系和星团的尺度(dù)，引力(lì)之间的(de)相互作用则是不同的方式。对于在星(xīng)系团(tuán)之间(jiān)的相互作用，科(kē)学家还(hái)引入(rù)了外(wài)部(bù)场(chǎng)效应的(de)概念，指的(de)是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)成立(lì)，这(zhè)意味着我们(men)需(xū)要(yào)对(duì)现在(zài)的物理定律进行(xíng)修正，这(zhè)些发现也让很多人(rén)认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还(hái)有关(guān)于暗(àn)物质存在的其(qí)他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙(méng)德理论所没法解(jiě)释的(de)“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们(men)大部分的普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际气体的相互(hù)作用就会(huì)导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大(dà)部(bù)分的质量将位于所(suǒ)有这些气(qì)体所在(zài)的中间区域(yù)。那么我(wǒ)们通过什么来(lái)验证它的(de)质量区域(yù)到底是(shì)不是(shì)集(jí)中在中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙当中第一(yī)张全(quán)彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天(tiān)体和我们(men)地球上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大(dà)的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的东西的引力(lì)，会使身后更遥远星(xīng)系(xì)的光(guāng)都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系(xì)团观(guān)测的时候，发现它的(de)大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则(zé)直接通过(guò)了这个区(qū)域，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团的(de)引力(lì)透镜研究也被认(rèn)为是暗(àn)物质存(cún)在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年(nián)之后，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙空间背景上留(liú)下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的(de)区域，蓝(lán)色则表示相对较(jiào)冷的区(qū)域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们(men)通过对前景背景分离(lí)后的(de)二(èr)值图(tú)像进行连通域(yù)提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的(de)，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的(de)暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论(lùn)框架，就(jiù)很好地(dì)解释(shì)了很多(duō)不同的观测结果。而(ér)暗物质的本质(zhì)就是(shì)宇宙当(dāng)中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的(de)电磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来(lái)相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了(le)暗物(wù)质存在的(de)实际证据。这种粒(lì)子(zi)到(dào)底是什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些不同的目(mù)标粒(lì)子所(suǒ)需要的实(shí)验方式也(yě)不相同。在(zài)过去的(de)几十(shí)年当中(zhōng)，人类为(wèi)了(le)寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却没有任(rèn)何实质(zhì)性的发现，除了一个地(dì)方(fāng)，意大利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地(dì)球上(shàng)最大(dà)的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里(lǐ)的科学家(jiā)声称观测(cè)到了某种信号。经(jīng)过(guò)了20多年的(de)数据收集，人(rén)们发(fā)现了(le)一个有趣的事情(qíng)。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是(shì)人类发现暗(àn)物质的(de)第(dì)一(yī)个直接证据(jù)。

但是(shì)为什(shén)么暗物质(zhì)会产生周(zhōu)期性(xìng)的年度(dù)信号呢(ne)？刚才我们讲了(le)太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着我们也(yě)在以(yǐ)这样的速度(dù)在穿越着(zhe)暗物(wù)质流，这(zhè)个(gè)过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳(yáng)环(huán)绕(rào)银河(hé)系的方向是一(yī)致的(de)，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份(fèn)的时候(hòu)，地(dì)球与太阳的方向(xiàng)正好(hǎo)达到(dào)完全一致，这(zhè)是理论上地(dì)球穿越(yuè)暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的(de)倾斜，但是这(zhè)并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科(kē)学(xué)家认(rèn)为这可以用来(lái)解释(shì)，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也(yě)可能(néng)有其他的情况，造(zào)成这种3千克是多少斤 1千克是一斤吗年度周(zhōu)期信号(hào)的差异也可(kě)能是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符(fú)合这个周期(qī)的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学(xué)家(jiā)们又在南(nán)半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这里的季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和(hé)第一个(gè)实验室是(shì)一(yī)样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这里可(kě)以(yǐ)得到(dào)相同的(de)信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于(yú)这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以截至目前(qián)还无法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽视场仪器(qì)提(tí)供的视(shì)野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中一个关(guān)键的用途就是探(tàn)索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于(yú)探测的结(jié)果，我们只能拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物(wù)理中心(xīn)的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们极(jí)有(yǒu)可(kě)能拥有(yǒu)另一种神秘的(de)效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞生，或(huò)者说是(shì)生(shēng)命进化的一个重要因(yīn)素。

如(rú)果(guǒ)这一理论得到(dào)进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质(zhì)会不会(huì)意味着人类并不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物(wù)质(zhì)正在通过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得暗(àn)物质到底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的(de)支持是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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