宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家们在过去的几十年当中进行了(le)超过50次(cì)的长期实验，但是却没(méi)有发(fā)现任何的有效证(zhèng)据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往(wǎng)后的几百年来(lái)，当天文学(xué)家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定律的时(shí)候，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道(dào)。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王星的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是(shì)应(yīng)用万有引力(lì)定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天(tiān)文(wén)成就的(de)例子。但是这些发现(xiàn)都(dōu)是在恒(héng)星系统的(de)尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们上升到星(xīng)系或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨(cí)兹威基正在研究和(hé)测量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系(xì)团(tuán)，这些星系(xì)被(bèi)引力束缚在一起。测量星系(xì)团的质量一般会使用到(dào)两种方法，当(dāng)两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确(què)定其(qí)质量的范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据(jù)是测量各个(gè)星系(xì)的光度。

第二种是(shì)动力学(xué)质量(liàng)的计算，是(shì)利用光谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中的各个星系相对于星(xīng)系(xì)团的运动速(sù)度。当测量结果出来(lái)之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见光的形式(shì)所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在(zài)测量速度(dù)的(de)过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星(xīng)系的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的引力是(shì)无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系团之外了(le)，除非有一种(zhǒng)神秘(mì)的(de)力量(liàng)在起作用，这(zhè)种力(lì)量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提(tí)出(chū)了(le)这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个(gè)词才再一次出(chū)现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的(de)恒星(xīng)在其轨道上的(de)运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却让(ràng)人感到不可思(sī)议(yì)。

随着(zhe)与中心距离的增(zēng)加，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对标准(zhǔn)的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气(qì)体在X轴上(shàng)距离(lí)星(xīng)系中(zhōng)心的距离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的(de)结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测(cè)量了距离星(xīng)系中(zhōng)心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合(hé)牛顿的力(lì)学(xué)定律。我(wǒ)们的(de)太阳系(xì)也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的第三悬臂(bì)之(zhī)上(shàng)，距离(lí)银(yín)河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据(jù)万(wàn)有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度(dù)应(yīng)该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银河(hé)系(xì)旋(xuán)转(zhuǎn)，这(zhè)个实际(jì)速度远远大于理论速(sù)度，那么产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的(de)原因很(hěn)可能就是存在着一种我们看(kàn)不(bù)到的(de)物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来(lái)越多的(de)研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据(jù)星系(xì)外恒星(xīng)轨道(dào)的速度，估算(suàn)在(zài)星系(xì)当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物(wù)质并不(bù)是唯(wéi)一可以解(jiě)释这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项新的研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上(shàng)的(de)微小差异(yì)。另外(wài)，天(tiān)文(wén)学家(jiā)还发(fā)现(xiàn)了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地黄山山体主要由什么岩石构成球(qiú)大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和(hé)银(yín)河(hé)系不多，但是(shì)星系当中存(cún)在的恒星数(shù)量(liàng)却(què)只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进的望远镜对(duì)其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的详细测量(liàng)之(zhī)后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的(de)恒(héng)星运动是可以用正常的物质和力(lì)学定(dìng)律来解释的。那么又(yòu)有人(rén)提出(chū)，也许(xǔ)该星(xīng)系的(de)暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近没有任何星系(xì)存(cún)在。造成(chéng)这些(xiē)现象的除了暗物质的(de)假说之外，另一种可能就是人(rén)类对引力的(de)理(lǐ)解还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工(gōng)作方式是不(bù)同的，这意味着在(zài)行(xíng)星系尺度中(zhōng)的天体会(huì)沿着它们的(de)轨道(dào)，按照(zhào)我们所理解(jiě)的方式运动。但是上升到(dào)星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的(de)相互作用(yòng)则(zé)是(shì)不同的(de)方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科(kē)学家还引(yǐn)入了(le)外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量(liàng)之间(jiān)会产生对(duì)彼(bǐ)此特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味着我们(men)需要对现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进行(xíng)修正，这(zhè)些发现(xiàn)也让很多人认为暗(àn)物质假说理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于(yú)暗物质(zhì)存在的(de)其他的(de)理(lǐ)论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没法解(jiě)释的(de)“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子(zi)弹星系团，由两个碰撞的(de)星系(xì)团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们(men)大部分(fēn)的普(pǔ)通质量都在星系的(de)气体当中。当(dāng)星(xīng)团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时(shí)发(fā)生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会(huì)导(dǎo)致温度的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅(fú)降低。所以在(zài)理论上，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团大(dà)部分的(de)质量将(jiāng)位于(yú)所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的中间区域。那么(me)我(wǒ)们通过什么(me)来验证它的质量区域到(dào)底是不是集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的(de)高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨(jù)大的形变。其实(shí)这些星系本身并不是(shì)真的(de)被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦伯望(wàng)远镜出了(le)什(shén)么(me)问题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们地(dì)球(qiú)上的观测者之间。被一个质量超级(jí)巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡(dǎng)，这(zhè)个超(chāo)大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量(liàng)的(de)黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以黄山山体主要由什么岩石构成(yǐ)当(dāng)人们(men)对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个(gè)区域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存(cún)在的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外(wài)，还有来自(zì)宇宙当(dāng)中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下(xià)了各相(xiāng)同性(xìng)的微波辐射。其中红色的(de)部分表示(shì)温度较高的区域，蓝(lán)色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它们(men)之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连(lián)通(tōng)域提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来(lái)不应该是这样的(de)，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的(de)幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需(xū)要的(de)暗物(wù)质大约(yuē)是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字与(yǔ)解(jiě)释星系(xì)当中(zhōng)恒星(xīng)运(yùn)动所需要的暗(àn)物质比例是一致的(de)。这就意味着。

用了(le)一(yī)个简单的理论框(kuāng)架，就(jiù)很好地解释(shì)了很多不(bù)同的(de)观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的(de)电(diàn)磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来相互作(zuò)用(yòng)。所(suǒ)以如果(guǒ)能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学(xué)家们已经提(tí)出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的(de)目标(biāo)粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的(de)几十(shí)年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次(cì)的实验，却没有任(rèn)何实质性的发(fā)现(xiàn)，除(chú)了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学实(shí)验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒(lì)子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测到(dào)了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多年的数据(jù)收集，人们(men)发现了(le)一个有(yǒu)趣的(de)事情。探测率会(huì)在每年的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然(rán)后在11月(yuè)降到(dào)最低，而(ér)且在(zài)20年当中(zhōng)每年都是一样(yàng)。一些科学家认为(wèi)这(zhè)可(kě)能是(shì)人类发现暗物(wù)质(zhì)的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我(wǒ)们也在以这样的速度(dù)在穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地(dì)球又以30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的(de)时(shí)间(jiān)，地(dì)球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是(shì)一致(zhì)的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在(zài)6月份的(de)时候，地球与(yǔ)太(tài)阳的方(fāng)向正好达到完全一致(zhì)，这(zhè)是理(lǐ)论上地(dì)球穿(chuān)越暗物(wù)质流最快的时(shí)段。而在11月(yuè)份(fèn)，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢值。尽管在(zài)实际(jì)的(de)情况中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为(wèi)这可以用(yòng)来解释(shì)，研究人员们(men)所观测到的周期(qī)性信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造成这(zhè)种年(nián)度周期信号的(de)差异也可能是温(wēn)度、湿(shī)度(dù)、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游(yóu)客的(de)数(shù)量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过(guò)暗物(wù)质流的(de)运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一(yī)个关键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物(wù)质(zhì)背后(hòu)的奥秘(mì)，对(duì)于探(tàn)测(cè)的结果，我们(men)只能拭目以待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹(dān)琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果(guǒ)暗物(wù)质存在，它(tā)们极(jí)有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生(shēng)命进(jìn)化的一个(gè)重要因(yīn)素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物质会(huì)不会(huì)意味(wèi)着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物(wù)质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这些推论的大(dà)前提是要(yào)先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的动力(lì)！

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