宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解(jiě)释(shì)的(de)“暗(àn)物(wù)质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了(le)超过50次的长期(qī)实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发现任(rèn)何的有效证据。除(chú)了一个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的(de)自然哲学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的(de)规律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年来，当天文(wén)学(xué)家(jiā)们发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨道出(chū)现异常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一(yī)定(dìng)有未(wèi)知的天体(tǐ)通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算并(bìng)且发(fā)现了海王(wáng)星的存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是(shì)应(yīng)用万(wàn)有引力(lì)定律所取得重大(dà)天文成就的例子。但是(shì)这些(xiē)发现都(dōu)是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度(dù)当中，可(kě)当我们(men)上(shàng)升(shēng)到(dào)星系或者是星团的(de)尺度，事情就开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量(liàng)后发(fā)星(xīng)系(xì)团的质量。这是一个(gè)由数(shù)千(qiān)个星(xīng)系所组成的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的质(zhì)量一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法结(jié)果一致(zhì)，就可以确定其质量(liàng)的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学的(de)质量(liàng)"，需要(yào)的数据(jù)是(shì)测量各个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利(lì)用光谱红(hóng)移测量星系(xì)团中(zhōng)的各个(gè)星系相对于星系团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形(xíng)式所(suǒ)存在(zài)，我们(men)无(wú)法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的(de)过程中(zhōng)，兹威(wēi)基(jī)发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力是(shì)无(wú)法将它们束(shù)缚在(zài)星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星(xīng)系团之外(wài)了，除非有一(yī)种神秘的(de)力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力(lì)量(liàng)来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出(chū)了这样(yàng)部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一(yī)种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理论上来说(shuō)，距(jù)离中心越远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的运行(xíng)速(sù)度就会越慢。但是他(tā)们观测的结(jié)果却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)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(yǐn)它们(men)，这些外围的(de)恒星(xīng)早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学(xué)家们会(huì)使用一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就(jiù)是测量(liàng)星系(xì)当中气体在(zài)X轴(zhóu)上距离(lí)星系中心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力(lì)量(liàng)进入其中。

于是科学(xué)家(jiā)们通过射(shè)电望远镜(jìng)测量了距离星(xīng)系中(zhōng)心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋(xuán)转速(sù)度并不符合(hé)牛顿的(de)力学定律。我们的太(tài)阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂(bì)之上，距离银(yín)河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引力(lì)定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上(shàng)，太(tài)阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围(wéi)绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远(yuǎn)大(dà)于理论速度(dù)，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种向心加速度的原因(yīn)很可能就是存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是(shì)这些暗(àn)物质的引力效(xiào)应将星系聚集(jí)在了(le)一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物质的质(zhì)量(liàng)占整个(gè)星系质量(liàng)的(de)85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一可(kě)以解释这个(gè)现(xiàn)象的原因。在一项新的(de)研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力(lì)效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银(yín)河系不多，但是(shì)星系当中存在的恒星数(shù)量(liàng)却只有银河系的(de)千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在暗物(wù)质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最(zuì)先(xiān)进(jìn)的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的(de)详细测(cè)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)律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许(xǔ)该星系的暗(àn)物质，已(yǐ)经被(bèi)附近的(de)另一个(gè)大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的(de)理解还不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作(zuò)方式是不同的，这意(yì)味着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们所(suǒ)理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的相互作用则是不同的(de)方式。对于在(zài)星(xīng)系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入(rù)了外部(bù)场效应的概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意(yì)味着我们需(xū)要对现在的物理定律(lǜ)进行修(xiū)正，这些发现也让很多(duō)人认为(wèi)暗物(wù)质假说理论就此终结(jié)。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存(cún)在的其他的理论证据，这(zhè)些理论(lùn)证(zhèng)据(jù)是(shì)蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光年的(de)子弹(dàn)星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似(shì)这(zhè)样的星团(tuán)，它们大部分(fēn)的(de)普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的(de)时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速(sù)度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位(wèi)于所有这些(xiē)气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什(shén)么来验证它的(de)质量区(qū)域到底是(shì)不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太(tài)空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以明显地(dì)看到很多星(xīng)系(xì)似(shì)乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大的(de)形变。其实这(zhè)些(xiē)星系本(běn)身(shēn)并不是真(zhēn)的(de)被扭(niǔ)曲(qū)了，也(yě)不是韦伯望远镜出(chū)了(le)什么问题(tí)，而是(shì)这(zhè)样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量的东西的(de)引(yǐn)力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星(xīng)系的光都发生了扭曲(qū)。这个(gè)现象就(jiù)是引(yǐn)力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大(dà)的天体可能(néng)是超大质量的黑(hēi)洞或(huò)者是暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发(fā)现它的大(dà)质量区域并不(bù)是在中间(jiān)，而是在两侧。所(suǒ)以最(zuì)好的解释(shì)方法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量气(qì)体被卡在了(le)中间，暗物质则直(zhí)接通过(guò)了这个区域，并在(zài)两边形成(chéng)了(le)引力透镜。对(duì)子(zi)弹星系团的引力(lì)透镜(jìng)研究也被认为是暗(àn)物质存在的迄(qì)今为(wèi)止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相(xiāng)同性的微(wēi)波辐(fú)射。其中红色的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但实际(jì)上它们之间(jiān)的温差只有万分之一(yī)。

科学家(jiā)们通过对(duì)前景背(bèi)景分离后(hòu)的二值图像进行连通域提取和标记(jì)之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量(liàng)值，我们需要的(de)暗物质(zhì)大约是(shì)普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗(àn)物(wù)质比(bǐ)例是一致的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单的理(lǐ)论(lùn)框架，就很好地解释了(le)很多(duō)不(bù)同的观测结果。而暗物质的(de)本质就是(shì)宇宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不参(cān)与(yǔ)任何其他(tā)的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如(rú)果能够(gòu)找到这种粒子的(de)存在，就相当于找到(dào)了暗物(wù)质存(cún)在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是(shì)什么？科(kē)学(xué)家(jiā)们已经提出了数十(shí)种的(de)假想目标，而要寻找这些不(bù)同(tóng)的目标粒(lì)子所需要的实(shí)验方(fāng)式也不相(xiāng)同。在过去的几十(shí)年当(dāng)中，人(rén)类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们(men)已经进行了超(chāo)过50次(cì)的(de)实验，却没有(yǒu)任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地(dì)学(xué)实验室(shì)，这(zhè)个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(céng耳朵旁的字有哪些字，带右耳朵旁的字有哪些)楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学(xué)家声(shēng)称观(guān)测到(dào)了(le)某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了(le)一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率会在每年的(de)6月(yuè)份达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月降到(dào)最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年(nián)都是一样。一(yī)些科学家认为(wèi)这可能是人类(lèi)发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什(shén)么(me)暗物质会产生(shēng)周期性的(de)年(nián)度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们(men)也在以这样(yàng)的(de)速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应(yīng)的振荡(dàng)，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕(rào)太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕(rào)银河系的方(fāng)向是一致的(de)，而另(lìng)外半(bàn)年则与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份(fèn)的时候(hòu)，地球(qiú)与太(tài)阳的方(fāng)向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论(lùn)上地(dì)球(qiú)穿越暗物(wù)质流最快的(de)时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到(dào)了最慢(màn)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60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科(kē)学(xué)家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造(zào)成这种年(nián)度(dù)周(zhōu)期(qī)信号(hào)的(de)差(chà)异也可(kě)能(néng)是(shì)温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高(gāo)山上的积雪，甚至连(lián)意大利游(yóu)客的数量也符合这(zhè)个周期的规(guī)律。

所以，科(kē)学家们(men)又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前(qián)的实验室正好相反，而在(zài)这里(lǐ)，地(dì)球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的(de)运动(dòng)特(tè)征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存(cún)在的(de)非常(cháng)有力的证据了。但是(shì)由于这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截(jié)至(zhì)目前(qián)还无法提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新(xīn)的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它(tā)的(de)主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它的(de)宽视场(chǎng)仪器(qì)提(tí)供(gōng)的(de)视野是哈勃(bó)红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜其(qí)中一(yī)个关(guān)键(jiàn)的用途就(jiù)是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待(dài)了(le)。费(fèi)米实验室(shì)粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研究发(fā)现，如(rú)果(guǒ)暗物质存在(zài)，它们极有可能(néng)拥有另一种神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会(huì)支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化(huà)的(de)一(yī)个重要(yào)因素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落的(de)行星上，暗物质正在(zài)通过这样的(de)效应创造生命。当然，这些推论的(de)大前(qián)提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗(àn)物(wù)质存在的实(shí)际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不(bù)存(cún)在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的(de)支持(chí)是我更新的动力！

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