宇宙是“人(rén)为制造”的(de)？为何会存在科学无(wú)法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的(de)证据，科学(xué)家们在过去的几(jǐ)十年(nián)当中进行了(le)超(chāo)过50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据。除(chú)了一(yī)个地方，在1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了(le)万(wàn)有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天(tiān)文学家(jiā)们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常(cháng)，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过(guò)天王星(xīng)运(yùn)行(xíng)轨道的异常，推(tuī)算并(bìng)且(qiě)发(fā)现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用(yòng)万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)所(suǒ)取得重大天文(wén)成(chéng)就的例(lì)子。但(dàn)是这些发(fā)现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当(dāng)我们上升(shēng)到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨(cí)兹威基(jī)正在研究(jiū)和测(cè)量后发星系团的质(zhì)量。这(zhè)是一(yī)个由数千个(gè)星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大(dà)星(xīng)系团(tuán)，这些(xiē)星系被引力束(shù)缚在(zài)一起。测量星(xīng)系(xì)团的质量(liàng)一般(bān)会使(shǐ)用(yòng)到两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法结(jié)果一致，就可(kě)以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获(huò)得其(qí)"光度学(xué)的(de)质(zhì)量(liàng)"，需要的数据是测量各(gè)个星(xīng)系的光(guāng)度(dù)。

第二(èr)种是动(dòng)力学质(zhì)量的计(jì)算(suàn)，是(shì)利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系(xì)团的运动速度(dù)。当测量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座(zuò)星系团有99%的质(zhì)量(liàng)消(xiāo)失了(le)，或者说(shuō)这(zhè)99%的质(zhì)量并不(bù)以可见光的形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的(de)是，在测量速度的(de)过程中，兹威基发现星系(xì)团中(zhōng)很多(duō)星系的速度比理论上要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿的运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的引力是(shì)无法将它们束缚在星(xīng)系团内的(de)，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛出星系团(tuán)之外了，除(chú)非(fēi)有(yǒu)一种(zhǒng)神秘(mì)的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的(de)人们对这样的一种说法不(bù)屑一顾(gù)。

直(zhí)到(dào)40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离(lí)中心(xīn)越远的恒星在(zài)其(qí)轨(guǐ)道上的运行速(sù)度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当中如果(guǒ)没有足够大的质(zhì)量来吸(xī)引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)了。基(jī)于这种现象，科学家(jiā)们会(huì)使(shǐ)用一种相对标准的(de)方(fāng)法来(lái)解释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测量星系当中气(qì)体在X轴上距离星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出(chū)现异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星(xīng)系(xì)中(zhōng)心更远距(jù)离的氢(qīng)元素，发(fā)现它们(men)的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不例(lì)外(wài)，太阳(yáng)系位于(yú)银河(hé)系(xì)的(de)第三悬臂之上(shàng)，距(jù)离银(yín)河系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有(yǒu)引力(lì)定律进行计(jì)算(suàn)，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于理论速度，那么(me)产生以上这种(zhǒng)向心(xīn)加(jiā)速度的原因很可(kě)能就是存在着一种我们(men)看不到的(de)物质(zhì)，是(shì)这些(xiē)暗物(wù)质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的(de)速度(dù)，估算在星系(xì)当中暗物质的质(zhì)量占(zhàn)整个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这(zhè)个现象(xiàng)的原(yuán)因。在(zài)一项(xiàng)新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的(de)微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中存在的(de)恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银河系(xì)的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分(fēn)崩离(lí)析(xī)。但(dàn)是科学(xué)家们使用最先进(jìn)的望远镜对(duì)其(qí)进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量(liàng)之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以(yǐ)用正常(cháng)的物(wù)质和力(lì)学定律来解释(shì)的(de)。那么(me)又有人(rén)提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它(tā)的(de)附近没有任何(hé)星系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是人类对(duì)引力(lì)的理解(jiě)还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中(zhōng)的工作方式是不(bù)同的(de)，这意味(wèi)着(zhe)在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式(shì)运动。但是上升到星系(xì)和星(xīng)团的尺度，引力之间(jiān)的(de)相互作用则是不同的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质(zhì)量之间会产(chǎn)生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对(duì)现在(zài)的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让(ràng)很多人认为(wèi)暗物质假说理论(lùn)就此终结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的(de)其他的(de)理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没(méi)法解(jiě)释(shì)的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都在星系的(de)气体当中。当(dāng)星(xīng)团以1000万公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就(jiù)会导(dǎo)致温(wēn)度(dù)的(de)急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在(zài)理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位(wèi)于所有(yǒu)这(zhè)些气(qì)体所在的中间区域。那么(me)我们(men)通过什么来验证它的质(zhì)量(liàng)区(qū)域(yù)到(dào)底是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯(bó)太(tài)空望远镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们(men)可以明显地(dì)看到很多星系似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系本身(shēn)并不是(shì)真的被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就(jiù)是(shì)引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这个巨大的(de)天(tiān)体可能是(shì)超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹星系团观测的(de)时候(hòu)，发现它(tā)的(de)大(dà)质量区域并不是在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解释(shì)方法(fǎ)就是当星(xīng)团发生全(quán)部的(de)碰撞时，可被观测(cè)到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过(guò)了这(zhè)个区(qū)域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认(rèn)为是暗物(wù)质存在(zài)的(de)迄(qì)今为(wèi)止最好(hǎo)的(de)理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于(yú)可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下(xià)了各相同(tóng)性的微波(bō)辐射(shè)。其(qí)中红色(sè)的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高(gāo)的区域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际(jì)上它们之(zhī)间的温差只有万分之(zhī)一(yī)。

科学家们通过对前(qián)景背景分离后(hòu)的二值(zhí)图像进(jìn)行连通域提取(qǔ)和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应(yīng)该是(shì)这样的，而随着暗物(wù)质的增加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅度(dù)会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解(jiě)释星系当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用塑料是不是绝缘体了一个简单的理论(lùn)框(kuāng)架，就(jiù)很好地解(jiě)释(shì)了很多不同(tóng)的观(guān)测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存(cún)在着(zhe)某种类型的粒子(zi)，它们不参与任何(hé)其他的(de)电磁作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以(yǐ)如(rú)果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗(àn)物(wù)质存在的实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们(men)已经提(tí)出(chū)了数十种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻(xún)找这些不同的(de)目(mù)标粒子所需(xū)要的实验方式(shì)也不相同。在过(guò)去的几十年当中，人类为了(le)寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会(huì)与常规物质相互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实(shí)验(yàn)，却(què)没有任何实(shí)质(zhì)性的发现，除了一(yī)个地方(fāng)，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室，这个实(shí)验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个(gè)三层楼高的(de)探测器，一直致力于(yú)寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科学(xué)家声称(chēng)观测到了(le)某种信(xìn)号。经过(guò)了20多年(nián)的数(shù)据收集，人(rén)们发现了(le)一个(gè)有趣的(de)事情(qíng)。探测率(lǜ)会(huì)在每年(nián)的(de)6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年(nián)都(dōu)是一样。一些科(kē)学家认为这可(kě)能是人(rén)类发现暗(àn)物(wù)质的第一个(gè)直接证据(jù)。

但是(shì)为什么暗物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度(dù)在(zài)穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相应的(de)振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以(yǐ)有(yǒu)半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方(fāng)向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河系的方(fāng)向(xiàng)是一致的(de)，而另外(wài)半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与(yǔ)太阳的(de)方向(xiàng)正好达到完全(quán)一致(zhì)，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快(kuài)的(de)时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人员(yuán)们所(suǒ)观测(cè)到的周(zhōu)期(qī)性信(xìn)号(hào)。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可(kě)能是温度(dù)、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游(yóu)客的(de)数量也(yě)符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同的(de)实(shí)验(yàn)室，这里的季节与之前的实(shí)验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的(de)运(yùn)动特征(zhēng)和第一个(gè)实验室是一样(yàng)的(de)。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗(àn)物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是(shì)由(yóu)于这(zhè)个(gè)实(shí)验室刚刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截至目前还(hái)无法提供(gōng)相应(yīng)的数(shù)据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台(tái)新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提(tí)供的视(shì)野是哈(hā)勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太(tài)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(ào)秘，对于探测(cè)的结果，我(wǒ)们只能拭(shì)目(mù)以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的(de)诞生，或者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这(zhè)一(yī)理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物(wù)质会不会(huì)意味(wèi)着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个角落的行星上(shàng)，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论(lùn)的大(dà)前提是要(yào)先找到(dào)暗物(wù)质存(cún)在的(de)实际(jì)证据(jù)。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的(de)动力(lì)！

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