宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在(zài)科学无法解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物质存在的(de)证据，科(kē)学家们在过(guò)去的几十年当(dāng)中进(jìn)行了超过50次(cì)的(de)长期实验，但(dàn)是(shì)却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天(tiān)文学家(jiā)们发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨道(dào)出(chū)现异常，不符(fú)合万有(yǒu)引力定律的时候，他们(men)就(jiù)会知(zhī)道，周围(wéi)一定有未知的天体通(tōng)过引力(lì)在摄(shè)动它的轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星的(de)发现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成(chéng)就的(de)例子。但是(shì)这些发(fā)现都(dōu)是在恒星系(xì)统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是(shì)星团的(de)尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个(gè)由数千个星系(xì)所组成(chéng)的巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星(xīng)系(xì)被引(yǐn)力束缚在一起。测(cè)量星系(xì)团(tuán)的质量一(yī)般会(huì)使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的光(guāng)度。

第二(èr)种是动力(lì)学质(zhì)量的计算，是利用光(guāng)谱红移(yí)测量星系团中(zhōng)的各个星(xīng)系相对于星系团(tuán)的运动速(sù)度。当测(cè)量结果出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵(měng)了(le)，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发(fā)座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无(wú)法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产生(shēng)的引力是(shì)无法将它们束缚在(zài)星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系(xì)团之外(wài)了，除(chú)非有一(yī)种神(shén)秘(mì)的(de)力(lì)量(liàng)在起作(zuò)用(yòng)，这种力(lì)量来源于某种隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大(dà)部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是(shì)当时(shí)的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再(zài)一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的(de)恒星(xīng)运动(dòng)。理论(lùn)上来(lái)说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行(xíng)速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离(lí)的(de)增(zēng)加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度几乎(hū)保(bǎo)持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如果(guǒ)没(méi)有(yǒu)足够大的(de)质(zhì)量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学(xué)家们会(huì)使用一(yī)种(zhǒng)相对标准的(de)方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气(qì)体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转速(sù)度(dù)。如(rú)果出(chū)现(xiàn)异常的结果，就认为是(shì)由暗物质(zhì)的力量进(jìn)入(rù)其(qí)中(zhōng)。

于(yú)是科学家们通过射电(diàn)望(wàng)远镜(jìng)测量了(le)距(jù)离星(xīng)系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的(de)力学定律。我们(men)的太阳(yáng)系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银(yín)河系中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远(yuǎn)大(dà)于理论速度(dù)，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度的(de)原因很(hěn)可能就(jiù)是存在着(zhe)一种我们看不(bù)到(dào)的(de)物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这时(shí)开(kāi)始，越来越多的研究人(rén)员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估(gū)算在(zài)星系当(dāng)中暗物质的质量占(zhàn)整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是(shì)唯一可以解释这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒星之间，也会(huì)出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发(fā)现了一个反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和(hé)银河系(xì)不(bù)多，但(dàn)是星系(xì)当中存(cún)在的恒星数量却只有银河系的(de)千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理论上，该(gāi)星(xīng)系必须存在暗物(wù)质，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是(shì)科(kē)学家们(men)使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎ妥帖还是妥贴，妥帖和妥帖哪个正确o)时的(de)详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可(kě)以用正常的物质和力学定(dìng)律来解(jiě)释(shì)的(de)。那么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被(bèi)附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的(de)是，它的附近没有任何星(xīng)系存(cún)在。造成这些现象(xiàng)的(de)除了暗物质的假说(shuō)之外，另一(yī)种可能就是人类对引力的理解还(hái)不够全面，引力(lì)很(hěn)可能在不同尺度(dù)空间中的工作方式是(shì)不同的，这(zhè)意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按(àn)照我们(men)所理(lǐ)解的方式运动。但(dàn)是上(shàng)升到星(xīng)系和星团的(de)尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方式(shì)。对于(yú)在(zài)星系团之间的相互(hù)作用，科学家(jiā)还引入(rù)了外(wài)部(bù)场效(xiào)应的(de)概(gài)念，指的是在数(shù)百万(wàn)光年的规模(mó)上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这(zhè)意味着(zhe)我(wǒ)们需要对现在的(de)物理定(dìng)律进(jìn)行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理(lǐ)论就此(cǐ)终结(jié)。但是在(zài)宇宙当(dāng)中还有关(guān)于暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的(de)其他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所(suǒ)没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这(zhè)样的(de)星团，它们大部分的普通质量都在星系(xì)的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气(qì)体的(de)相互作用(yòng)就会导致(zhì)温(wēn)度的(de)急剧(jù)升高，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部(bù)分的质量将位(wèi)于所有这些气体所(suǒ)在的(de)中间区域。那么我们(men)通(tōng)过什(shén)么来验(yàn)证它的质量区域到底是(shì)不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空望远镜(jìng)传(chuán)回(huí)了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显(xiǎn)地看到(dào)很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的(de)形变。其实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什(shén)么问题(tí)，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地(dì)球上的(de)观测(cè)者之间(jiān)。被(bèi)一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量的(de)东西的(de)引力，会(huì)使身(shēn)后(hòu)更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨(jù)大(dà)的天体可能(néng)是(shì)超大质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对(duì)子弹星(xīng)系团观(guān)测的时(shí)候，发现它的大(dà)质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解(jiě)释(shì)方法就是当星(xīng)团发生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通(tōng)过了这(zhè)个区(qū)域，并在(zài)两边形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是(shì)暗物质存(cún)在的迄今(jīn)为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留(liú)下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之(zhī)间的温差只有(yǒu)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)图像进行连通(tōng)域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的(de)，而随着暗(àn)物(wù)质的增(zēng)加，一(yī)些峰值的幅(fú)度(dù)会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测(cè)量值，我们需(xū)要的暗物质大约是普通物(wù)质(zhì)的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的(de)理(lǐ)论框架，就很好地解(jiě)释(shì)了很多不同(tóng)的观(guān)测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中存在着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如(rú)果能够找到这(zhè)种粒子(zi)的存在(zài)，就(jiù)相(xiāng)当(dāng)于找到了暗物(wù)质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提出了数十(shí)种的假想目标，而要(yào)寻(xún)找这(zhè)些不同的(de)目标粒(lì)子(zi)所需要的实验(yàn)方式也不(bù)相同。在过去的(de)几(jǐ)十年当中，人类(lèi)为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发(fā)现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最大的地学(xué)实验室(shì)，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三(sān)层楼高的探测(cè)器，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了(le)某种信号。经(jīng)过了20多(duō)年的数(shù)据收(shōu)集(jí)，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会在(zài)每年的(de)6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当中(zhōng)每(měi)年都是一样。一些(xiē)科(kē)学家(jiā)认为这可(kě)能是(shì)人类发现暗物(wù)质(zhì)的第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会(huì)产生周(zhōu)期(qī)性的年度信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河(hé)系(xì)进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以(yǐ)这样的速度在穿越着(zhe)暗物(wù)质流(liú)，这个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达(dá)到完全一(yī)致，这是理论上(shàng)地(dì)球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的(de)情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的(de)有效性。

因此科(kē)学(xué)家认为这可以用来解释，研究人(rén)员们所观(guān)测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他(tā)的(de)情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号(hào)的差(chà)异也(yě)可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大(dà)利游客的数(shù)量也符(fú)合这(zhè)个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了一(yī)个几乎(hū)相同(tóng)的实验(yàn)室(shì)，这里(lǐ)的季(jì)节与之前的(de)实验室正好相(xiāng)反，而(ér)在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运(yùn)动特(tè)征和第一个(gè)实验室(shì)是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得(dé)到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所(suǒ)存(cún)在的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不(bù)久，所以截(jié)至目(mù)前还无法提(tí)供相应的数(shù)据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新的望远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的(de)宽(kuān)视场仪(yí)器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的(de)结果，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子(zi)天体物理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物(wù)质存(cún)在，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的(de)诞生，或者说是生命(mìng)进(jìn)化(huà)的一个重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物质会不会(huì)意味着人类并不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角落的(de)行星(xīng)上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是要先找到暗物(wù)质存(cún)在(zài)的实(shí)际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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