宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无(wú)法解(jiě)释的(de)“暗(àn)物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存在(zài)的(de)证(zhèng)据，科学(xué)家们(men)在(zài)过去的几十年当中进行了超过50次的(de)长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任何的(de)有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体(tǐ)运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出(chū)现异(yì)常，不符合万有(yǒu)引力定(dìng)律的时候，他们就(jiù)会(huì)知道，周围一(yī)定有未知(zhī)的天体通过(guò)引(yǐn)力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所(suǒ)取得重大天文(wén)成就的例子(zi)。但是这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒星(xīng)系(xì)统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹(zī)威基(jī)正在研究和(hé)测量后发星(xīng)系团(tuán)的质量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系团(tuán)的质(zhì)量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的(de)范(fàn)围。

第(dì)一种是获(huò)得其(qí)"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要的数(shù)据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是(shì)动(dòng)力(lì)学质量的计(jì)算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测量(liàng)星(xīng)系团中的(de)各个星系相对(duì)于(yú)星系团的运动速度。当测量(liàng)结(jié)果(guǒ)出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意味着(zhe)，后发(fā)座(zuò)星系团有99%的(de)质量消失了(le)，或(huò)者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式(shì)所存在，我们(men)无(wú)法看(kàn)到。最诡异的是(shì)，在测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多星系的速(sù)度比理论上(shàng)要快得(dé)多，按照(zhào)牛(niú)顿的(de)运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些(xiē)可(kě)见(jiàn)星系的质量所产生的(de)引力是无法将它们束缚(fù)在星(xīng)系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出(chū)星系团之(zhī)外了(le)，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这(zhè)种力量来源于(yú)某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样(yàng)部(bù)分(fēn)不可见的暗质，它(tā)不发(fā)散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分(fēn)的质量。只是当时(shí)的(de)人们对这样的一(yī)种(zhǒng)说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在观测仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离(lí)中心越远的(de)恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是(shì)他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加(jiā)，恒星(xīng)的(de)旋(xuán)转速度几(jǐ)乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根据牛(niú)顿的(de)万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这些(xiē)外(wài)围的(de)恒星早就(jiù)被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基(jī)于这(zhè)种现象(xiàng)，科(kē)学家们会(huì)使(shǐ)用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是(shì)测量星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中(zhōng)心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速(sù)度(dù)。如果出(chū)现异(yì)常的结(jié)果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物(wù)质的(de)力量进入其(qí)中。

于是科(kē)学家(jiā)们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们(men)的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳(yáng)系(xì)位(wèi)于银河系的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是(shì)160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度(dù)远(yuǎn)远(yuǎn)大(dà)于(yú)理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上(shàng)这种向心加速度(dù)的原因(yīn)很可能就是存在(zài)着一种我们看不到的(de)物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也(yě)是从(cóng)这(zhè)时开始，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(xīng)系(xì)外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一(yī)可(kě)以解(jiě)释这个(gè)现象的(de)原因(yīn)。在一(yī)项新的研究当(dāng)中(zhōng)，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效应的(de)遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会出现速度上(shàng)的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当(dāng)中存在的恒(héng)星数(shù)量(liàng)却只有银河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在(zài)理论上，该星系必(bì)须(xū)存(cún)在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最(zuì)先进的(de)望远镜(jìng)对其(qí)进行了40个小时的详细(xì)测量(liàng)之后(hòu)，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用正常的物(wù)质和力学定(dìng)律(lǜ)来解释(shì)的。那(nà)么又(yòu)有人提(tí)出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的(de)另一个大星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的(de)是(shì)，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造(zào)成这些现(xiàn)象的除了暗物质(zhì)的假说之外(wài)，另一种可能就是人类(lèi)对引力(lì)的理解还不够全面，引力很可能在(zài)不(bù)同尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度(dù)中的天体会沿着(zhe)它(tā)们的轨(guǐ)道，按照我们所(suǒ)理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星(xīng)团的(de)尺度，引力之间(jiān)的相互作(zuò)用则是不(bù)同的方式。对(duì)于在星系团之间的(de)相互作用，科学家还(hái)引入了外部(bù)场效应的概(gài)念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上，巨大(dà)的(de)质量之间会(huì)产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这意味(wèi)着(zhe)随遇而安下一句是什么意思，顺其自然随遇而安下一句是什么我们需要对现在的物(wù)理(lǐ)定(dìng)律进行修正，这些发(fā)现也让(ràng)很多人(rén)认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是(shì)在(zài)宇(yǔ)宙当中还有(yǒu)关(guān)于(yú)暗(àn)物质存在的其他(tā)的理论(lùn)证据，这(zhè)些(xiē)理论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞的(de)星系团所组成，类似这样(yàng)的星(xīng)团，它们大部(bù)分的(de)普通质量都在(zài)星系的气体(tǐ)当(dāng)中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温(wēn)度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在(zài)理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系(xì)团大(dà)部分的(de)质量将位于所有这些气体所在的中间(jiān)区(qū)域。那(nà)么我们通过什么(me)来验证它的(de)质量区(qū)域到底是不是集(jí)中在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不是(shì)真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了什(shén)么问(wèn)题，而(ér)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(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身后(hòu)更(gèng)遥(yáo)远星系(xì)的光都发(fā)生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人(rén)们对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区(qū)域并不是在中间，而(ér)是在(zài)两侧。所以最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是当星(xīng)团发生全(quán)部的碰撞时，可(kě)被观测到的质(zhì)量气体被卡在了(le)中间(jiān)，暗物质则(zé)直接通过了(le)这个(gè)区(qū)域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认(rèn)为是(shì)暗物(wù)质存在(zài)的(de)迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的(de)光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了(le)。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下(xià)了各(gè)相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部(bù)分(fēn)表示温度(dù)较高的(de)区域，蓝(lán)色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温(wēn)差只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学(xué)家们通(tōng)过对前(qián)景背景分离后的(de)二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不应(yīng)该是这样(yàng)的，而随(suí)着(zhe)暗物质的(de)增(zēng)加，一些(xiē)峰值(zhí)的(de)幅度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解释星系当中恒星运动(dòng)所需(xū)要的暗(àn)物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论(lùn)框架(jià)，就很好地解释了很(hěn)多(duō)不同的观测结果。而(ér)暗物质的(de)本质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它(tā)们(men)不参与(yǔ)任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够(gòu)找到这(zhè)种粒子的存(cún)在，就(jiù)相(xiāng)当于找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十(shí)种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的目标(biāo)粒子所需(xū)要的(de)实验方(fāng)式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规(guī)物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除(chú)了(le)一个地方(fāng)，意大(dà)利的格(gé)兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球(qiú)上(shàng)最大的(de)地学实(shí)验(yàn)室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层(céng)楼(lóu)高的探(tàn)测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多(duō)年的(de)数据收集，人们(men)发现了一(yī)个有趣的事情。探测(cè)率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每(měi)年都是一样。一些科学家认为这可能是人(rén)类发现暗物质的第一个(gè)直(zhí)接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系(xì)进行(xíng)移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个(gè)过程(chéng)中会(huì)产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年(nián)的时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而(ér)在6月(yuè)份(fèn)的时候(hòu)，地球(qiú)与太(tài)阳的方向正好达到完全(quán)一(yī)致，这(zhè)是理论上地球(qiú)穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个(gè)理(lǐ)论的有效性。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研(yán)究(jiū)人员们(men)所观测到的(de)周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也可能(néng)有其他(tā)的情况，造成这种年度周(zhōu)期信(xìn)号(hào)的(de)差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的数量也符合这个(gè)周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立了一(yī)个几(jǐ)乎相同的(de)实验室，这里的季节与(yǔ)之前(qián)的(de)实验室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的(de)运(yùn)动特征(zhēng)和第一个实验室是一(yī)样的(de)。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质所存在的非(fēi)常有力(lì)的证据了。但是(shì)由于这个实验(yàn)室(shì)刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目(mù)前还无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途(tú)就(jiù)是探(tàn)索(suǒ)暗物(wù)质背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的(de)结果，我们只能拭(shì)目以待(dài)了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应(yīng)，会(huì)支(zhī)持(chí)宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的(de)诞生，或者说是生命进(jìn)化的一(yī)个(gè)重要(yào)因素。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那(nà)么(me)遍布宇宙当中的(de)暗(àn)物(wù)质会不会意(yì)味着(zhe)人(rén)类并不孤单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存(cún)不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我(w随遇而安下一句是什么意思，顺其自然随遇而安下一句是什么ǒ)更新的动(dòng)力！

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