宇宙是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会(huì)存(cún)在科学(xué)无法解(jiě)释(shì)的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存(cún)在的证据，科学家(jiā)们在过去的几十年(nián)当(dāng)中进行了(le)超过50次(cì)的(de)长期实验，但是(shì)却没(méi)有发(fā)现任何的有效证据。除(chú)了一个地方(fāng)，在1687年(nián)出版的(de)自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发(fā)表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定(dìng)律的时候，他(tā)们就会知道，周围(wéi)一定有未(wèi)知的天体(tǐ)通过引力(lì)在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过(guò)天王(wáng)星运行轨(guǐ)道(dào)的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星(xīng)的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王(wáng)星的发现(xiàn)都是应(yīng)用万有引力定律(lǜ)所取得(dé)重大天文成就(jiù)的例子。但(dàn)是这些发(fā)现都是(shì)在恒星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到(dào)星系或者是(shì)星团的(de)尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹(zī)威基正在(zài)研究和测量后发星(xīng)系团(tuán)的质量(liàng)。这是一(yī)个由数(shù)千个星系所组成的巨(jù)大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团(tuán)的质(zhì)量一(yī)般会使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据(jù)是测量各个星系的(de)光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团中(zhōng)的各个(gè)星系(xì)相(xiāng)对于星系团(tuán)的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发(fā)现星系团中很(hěn)多星系的速度(dù)比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学(xué)定律，仅靠这些(xiē)可(kě)见星系的质量(liàng)所产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除(chú)非有一种神(shén)秘(mì)的力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于(yú)某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部(bù)分不可(kě)见的暗质(zhì)，它不(bù)发散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人们(men)对这样的(de)一(yī)种说法不(bù)屑一顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词才再一(yī)次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在(zài)观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道上的运行(xíng)速(sù)度(dù)就会(huì)越(yuè)慢。但是他(tā)们(men)观测(cè)的(de)结果却让人感到(dào)不可思议(yì)。

随着与中心(xīn)距离(lí)的(de)增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛(niú)顿的(de)万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外(wài)围的恒(héng)星早(zǎo)就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们(men)会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系(xì)当(dāng)中气(qì)体在(zài)X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现异常的结果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家(jiā)们通过(guò)射电望远镜测量了距离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速(sù)度并(bìng)不符(fú)合牛顿的(de)力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河(hé)系的第(dì)三悬臂之上，距离银(yín)河系(xì)中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律(lǜ)进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)，但(dàn)实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围绕银河(hé)系旋转，这个实(shí)际(jì)速(sù)度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度(dù)，那(nà)么(me)产生以上这种向心加速度的(de)原因很可(kě)能就是存在着一种我们看(kàn)不(bù)到的物质，是(shì)这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来(lái)越(yuè)多的研究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的速度(dù)，估算在星(xīng)系当中(zhōng)暗(àn)物质(zhì)的(de)质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物(wù)质并不(bù)是唯一(yī)可以(yǐ)解释这个现象的原(yuán)因。在一(yī)项(xiàng)新的(de)研究当(dāng)中，科学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效(xiào)应(yīng)的遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文学家还发现(xiàn)了一(yī)个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量(liàng)却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上(shàng)，该(gāi)星系必须(xū)存在暗物质，否则就(jiù)会(huì)分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发(fā)现星系中的恒星运(yùn)动是可(kě)以(yǐ)用(yòng)正常的物质和力学(xué)定律来解(jiě)释的。那么又有人(rén)提(tí)出，也许该星系的暗物(wù)质(zhì)，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的(de)假说之(zhī)外，另一种可能就(jiù)是人类对(duì)引力的理解还不(bù)够全面，引力(lì)很可能在不同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工作方式是不(bù)同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道，按照我过生日小寿星一般指几岁,十八岁可以叫小寿星吗，18岁生日可以叫小寿星吗们(men)所理(lǐ)解的方式运(yùn)动(dòng)。但是(shì)上升到星系(xì)和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的相互作用则是不同的(de)方式。对于在星系团(tuán)之间的相(xiāng)互作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万光(guāng)年(nián)的(de)规(guī)模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这(zhè)意味着(zhe)我们(men)需要对现在的物理定律进行(xíng)修(xiū)正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗(àn)物(wù)质假说理论就此终结。但是(shì)在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质(zhì)存在的(de)其(qí)他的(de)理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿(yì)光年(nián)的子弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系团所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)，类似(shì)这(zhè)样(yàng)的星团(tuán)，它(tā)们(men)大部(bù)分(fēn)的普通质量都在(zài)星系(xì)的(de)气体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气(qì)体(tǐ)的(de)相(xiāng)互作用就(jiù)会导致温度的(de)急(jí)剧升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区(qū)域。那(nà)么我们通(tōng)过什么来验证它的质量区(qū)域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照(zhào)片，在照片中我们可(kě)以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变。其(qí)实这些星系本(běn)身并不是真的被扭(niǔ)曲(qū)了(le)，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地球(qiú)上(shàng)的观测者之间(jiān)。被一个质量超(chāo)级巨大(dà)的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力(lì)，会使身后更遥远星系(xì)的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的天体(tǐ)可能是(shì)超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的(de)大质量区域(yù)并不是(shì)在中间，而是在两侧(cè)。所以最(zuì)好的解释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时(shí)，可被观测(cè)到的质量气体被卡(kǎ)在(zài)了(le)中间(jiān)，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了(le)引力透镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的引力透镜研(yán)究(jiū)也被认为是暗物(wù)质存在的迄今(jīn过生日小寿星一般指几岁,十八岁可以叫小寿星吗，18岁生日可以叫小寿星吗)为止最好(hǎo)的(de)理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了(le)各相同性的微波辐(fú)射(shè)。其中红色(sè)的部分(fēn)表示温度(dù)较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通(tōng)过(guò)对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会(huì)减(jiǎn)小，才(cái)变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射(shè)的(de)测量值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的(de)理论框架(jià)，就很好地解释了很多不同的(de)观测结果。而暗(àn)物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的(de)粒子，它们不(bù)参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所(suǒ)以如(rú)果能够找到这种粒(lì)子的(de)存(cún)在，就相当于找到了暗物(wù)质存在的实际证据。这(zhè)种粒子(zi)到底是什么(me)？科学家们已经提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻(xún)找这些不同(tóng)的目标粒(lì)子所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物(wù)质相互作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超(chāo)过50次(cì)的(de)实(shí)验，却没有任何(hé)实质(zhì)性(xìng)的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格(gé)兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的(de)地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的(de)地(dì)学(xué)实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们(men)发现了(le)一个有趣(qù)的事(shì)情。探测率(lǜ)会(huì)在(zài)每(měi)年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学(xué)家(jiā)认为这(zhè)可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接(jiē)证(zhèng)据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进行移(yí)动(dòng)，那么如(rú)果暗(àn)物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质(zhì)流(liú)，这个(gè)过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地(dì)球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系的方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方向(xiàng)正(zhèng)好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实(shí)际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不影响(xiǎng)这(zhè)个(gè)理论的有效性(xìng)。

因此科(kē)学家认为这可以用来解(jiě)释(shì)，研究人员们所(suǒ)观(guān)测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度(dù)周期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合(hé)这个周期(qī)的规律。

所以，科(kē)学(xué)家们又(yòu)在南半球建立了一(yī)个几(jǐ)乎相同(tóng)的(de)实验(yàn)室，这里(lǐ)的季(jì)节与之前的(de)实(shí)验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一(yī)个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果(guǒ)在(zài)这里(lǐ)可以(yǐ)得到(dào)相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所(suǒ)存在(zài)的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的(de)宽(kuān)视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太(tài)空望远镜其中一个关键的用途(tú)就(jiù)是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的(de)结果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以待了(le)。费米实验室粒子(zi)天体物理中心的(de)科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研(yán)究(jiū)发现，如(rú)果暗物质存(cún)在(zài)，它们极有可(kě)能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的(de)诞生，或者说是(shì)生命进(jìn)化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到(dào)进(jìn)一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人(rén)类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗物质正在通过这样的(de)效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提(tí)是要(yào)先找到暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴们(men)，你们觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存(cún)不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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