宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为(wèi)何会存(cún)在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十年(nián)当(dāng)中进(jìn)行了(le)超过50次(cì)的长期(qī)实验，但是却没有(yǒu)发现任(rèn)何的有效证据。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数(shù)学原理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发(fā)表了(le)万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天(tiān)文学家们(men)发(fā)现(xiàn)某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律的(de)时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就的例(lì)子。但是这些发现都是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系或者是星团的广西属于南方还是北方尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗广西属于南方还是北方(fú)里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后(hòu)发星(xīng)系团的质量(liàng)。这(zhè)是一个由数千个(gè)星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系(xì)被引力束(shù)缚在一起。测量星系(xì)团的(de)质(zhì)量(liàng)一(yī)般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果一(yī)致(zhì)，就可以确定其质量的(de)范(fàn)围(wéi)。

第(dì)一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据(jù)是测(cè)量(liàng)各个星系的(de)光(guāng)度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星(xīng)系(xì)团中的(de)各个星系相对于(yú)星(xīng)系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发(fā)座(zuò)星系团有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光的形(xíng)式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系团中很多(duō)星(xīng)系的(de)速度(dù)比(bǐ)理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生(shēng)的引力是无法(fǎ)将它们(men)束缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛出星(xīng)系(xì)团(tuán)之外了(le)，除非有一(yī)种神秘的力量(liàng)在起作用，这(zhè)种力量来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维基提出(chū)了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的(de)质量(liàng)。只是当时的(de)人(rén)们(men)对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才(cái)再一(yī)次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上的运行速度(dù)就会越(yuè)慢(màn)。但是他们观测的结(jié)果(guǒ)却(què)让人感到不可(kě)思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎(hū)保持不变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大的质量来(lái)吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于这种现象，科学家们会(huì)使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解(jiě)释暗(àn)物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学家们(men)通(tōng)过射电望远镜测量了(le)距(jù)离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛(niú)顿(dùn)的力学定律。我们的太阳(yáng)系(xì)也不(bù)例外，太阳系位于银(yín)河系(xì)的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速度(dù)远远大(dà)于理论速度，那(nà)么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是(shì)存(cún)在着一种我们(men)看不到(dào)的(de)物质(zhì)，是(shì)这些(xiē)暗物(wù)质的(de)引(yǐn)力效(xiào)应将(jiāng)星(xīng)系聚集在(zài)了一起。

也是(shì)从这时开(kāi)始，越来越多的(de)研究(jiū)人(rén)员开始相信(xìn)暗物质的存在(zài)。科学家(jiā)根据星系外恒(héng)星(xīng)轨道的速(sù)度，估(gū)算在星系(xì)当中暗物(wù)质(zhì)的质量占整个星系(xì)质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这个(gè)现(xiàn)象的原因。在一项(xiàng)新的研(yán)究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎(hū)没有引力(lì)效应的(de)遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小差(chà)异。另外，天文学家还发(fā)现了(le)一个(gè)反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小(xiǎo)和银河系不多，但(dàn)是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之(zhī)一(yī)。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星系必(bì)须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家(jiā)们(men)使用(yòng)最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小(xiǎo)时(shí)的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的(de)物质和力学定律来(lái)解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个(gè)大星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另(lìng)一种(zhǒng)可能就是(shì)人(rén)类对(duì)引力的理解还不够全(quán)面(miàn)，引力(lì)很可能在不同尺度(dù)空(kōng)间(jiān)中的工作方(fāng)式是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的(de)天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我(wǒ)们(men)所理解(jiě)的(de)方(fāng)式运动。但(dàn)是上升到星系(xì)和(hé)星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团(广西属于南方还是北方tuán)之间的相互作用，科(kē)学家还引入了外部(bù)场效应的概念，指的是在(zài)数(shù)百万光年的规(guī)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(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论成立，这意味着我们需要(yào)对现(xiàn)在的物理定律进行(xíng)修正，这些发(fā)现也让(ràng)很多人认为暗物(wù)质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的(de)理论证据，这(zhè)些理(lǐ)论证据是(shì)蒙(méng)德理论所没法解释(shì)的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年(nián)的(de)子弹星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似(shì)这样的(de)星团，它们大部分(fēn)的普通(tōng)质量都在星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)就会导致温(wēn)度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于(yú)所有这些气体所在(zài)的中间区域(yù)。那么我们通(tōng)过什么(me)来验证它(tā)的(de)质(zhì)量区(qū)域到底是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的(de)高(gāo)清照(zhào)片，在(zài)照(zhào)片中我们(men)可以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系(xì)似乎被拉(lā)伸产生了巨大的(de)形变。其(qí)实(shí)这些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也(yě)不(bù)是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是(shì)这样极遥远的天体(tǐ)和(hé)我们地(dì)球上的观测者之(zhī)间(jiān)。被一个(gè)质量超级巨(jù)大(dà)的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或(huò)者是(shì)暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星(xīng)系团观(guān)测的时候(hòu)，发现它(tā)的大质量区域并不是(shì)在中(zhōng)间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方(fāng)法(fǎ)就是(shì)当星团(tuán)发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了中间(jiān)，暗物质则(zé)直接通过了这个区域(yù)，并在两边形(xíng)成(chéng)了引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)。对子(zi)弹星系团的(de)引(yǐn)力透镜研究也(yě)被认为是暗(àn)物(wù)质存(cún)在的迄今为(wèi)止最(zuì)好的理论证据(jù)。

除此之(zhī)外，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景(jǐng)上留(liú)下了各相同性(xìng)的(de)微波辐射。其中红色(sè)的(de)部(bù)分表示温度较高的(de)区(qū)域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的(de)区(qū)域，但实(shí)际上(shàng)它们(men)之间的温差只有万分之一(yī)。

科学家们(men)通过对前景背景分离后的二值图(tú)像进行(xíng)连(lián)通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不(bù)应该是这(zhè)样的(de)，而随着暗物(wù)质(zhì)的增加，一些峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字(zì)与(yǔ)解释星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的(de)观测结果(guǒ)。而(ér)暗(àn)物质的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在(zài)着(zhe)某(mǒu)种类型(xíng)的(de)粒子，它们不参(cān)与(yǔ)任何其(qí)他的电(diàn)磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来(lái)相互作用。所(suǒ)以如(rú)果能够(gòu)找到这种粒子(zi)的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们已经提(tí)出(chū)了(le)数(shù)十种的(de)假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的(de)目标(biāo)粒子所需要的(de)实验方式(shì)也不相同。在过去的(de)几十(shí)年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规(guī)物质相互(hù)作用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们已经进(jìn)行(xíng)了超过50次的(de)实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除(chú)了一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山(shān)下(xià)1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地(dì)学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探(tàn)测(cè)器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒(lì)子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的(de)科(kē)学家(jiā)声称观测到了(le)某(mǒu)种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多年的(de)数(shù)据(jù)收集，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在(zài)每年(nián)的6月份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月(yuè)降到(dào)最(zuì)低，而且在(zài)20年当中每年都(dōu)是(shì)一(yī)样(yàng)。一些科学家认为这可(kě)能是人类发现暗(àn)物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么(me)暗物(wù)质(zhì)会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河(hé)系进行移(yí)动，那么(me)如果(guǒ)暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的速(sù)度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的(de)情况中，太阳系相对银河系(xì)的平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是(shì)这并不影响这个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科(kē)学家认为这可以用(yòng)来(lái)解释，研(yán)究人员(yuán)们所观测到(dào)的(de)周期性信号(hào)。当然也可(kě)能(néng)有其他(tā)的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信(xìn)号的(de)差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大(dà)利(lì)游客的数量也符(fú)合(hé)这(zhè)个周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南(nán)半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之(zhī)前(qián)的实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一个实(shí)验室是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所(suǒ)存(cún)在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜(jìng)大(dà)小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空(kōng)望远镜其中一(yī)个(gè)关键的用途就(jiù)是探索暗(àn)物质背后的(de)奥秘，对于探(tàn)测(cè)的(de)结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特(tè)芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有(yǒu)另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗(àn)物(wù)质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得(dé)到进一步的证实，那么(me)遍(biàn)布(bù)宇宙当(dāng)中的(de)暗物质(zhì)会(huì)不会意味(wèi)着人(rén)类(lèi)并不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些(xiē)推论的(de)大(dà)前提(tí)是要(yào)先(xiān)找到(dào)暗物质存在的(de)实际证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在(zài)呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更新(xīn)的动力(lì)！

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