宇宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为何会存在科(kē)学无法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为(wèi)了寻找暗物(wù)质存(cún)在的证据，科学家们(men)在过去的几十年当中进行了(le)超过50次的长期(qī)实验，但是却没(méi)有发现任何的(de)有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出(chū)版的(de)自然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一(yī)书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了(le)万有引力(lì)定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几百年来，当(dāng)天文(wén)学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出(chū)现异常(cháng)，不符合万有(yǒu)引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体通过(guò)引力在摄动它的(de)轨道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过天王星运行(xíng)轨道(dào)的异常，推(tuī)算并且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发(fā)现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例子(zi)。但是这(zhè)些发现(xiàn)都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们上升到星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研(yán)究(jiū)和测量后发(fā)星(xīng)系团的质量(liàng)。这是一个由数千个(gè)星系(xì)所组成的(de)巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般会使用到两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一致，就(jiù)可以确(què)定其质量的范围。

第(dì)一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算(suàn)，是利(lì)用光谱红移(yí)测量星(xīng)系团中的各(gè)个(gè)星系相(xiāng)对于星系(xì)团的运动速度。当测(cè)量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质(zhì)量(liàng)”的(de)400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后(hòu)发座星系团(tuán)有99%的(de)质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星(xīng)系团中很多(duō)星(xīng)系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿(dùn)的(de)运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星(xīng)系的质量所产(chǎn)生的(de)引力是无法将(jiāng)它们束(shù)缚在(zài)星系(xì)团内的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外了(le)，除非有(yǒu)一种神秘的力(lì)量在(zài)起作用(yòng)，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出了(le)这样(yàng)部分不可见(jiàn)的(de)暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们(men)对这(zhè)样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才再一(yī)次出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的(de)恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒(héng)星在(zài)其轨道上的(de)运行速度就会越慢(màn)。但是(shì)他(tā)们观测的(de)结果却让人感到不可思(sī)议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是(shì)根(gēn)据(jù)牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当中如(rú)果没有足够(gòu)大的质(zhì)量来吸引它(tā)们(men)，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了(le)。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科学家们会(huì)使用一种相对标准的方法来解释(shì)暗物质的存在，这(zhè)种方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心(xīn)的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是(shì)由(yóu)暗(àn)物质的力量进(jìn)入其中。

于是(shì)科(kē)学家们通过射(shè)电望(wàng)远镜测量(liàng)了距离(lí)星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银(yín)河(hé)系的第(dì)三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离银河(hé)系中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万(wàn)有引力定律进行计算，太(tài)阳系(xì)的运行(xíng)速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个实(shí)际(jì)速度(dù)远远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向(xiàng)心加速度的原(yuán)因很可能就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们(men)看不到的物质，是这些暗物质的(de)引(yǐn)力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是(shì)从这时(shí)开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相信(xìn)暗(àn)物质的(de)存在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整个星(xīng)系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并不(bù)是(shì)唯一可以解释这个现象的(de)原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会(huì)出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反(fǎn)常(cháng)的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和(hé)银(yín)河系不多(duō)，但是星系(xì)当(dāng)中(zhōng)存在的恒(héng)星(xīng)数量却只有银(yín)河系的千(qiān)分之一(yī)。

所(suǒ)以在(zài)理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物(wù)质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最先进(jìn)的望远镜(jìng)对其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运(yùn)动是(shì)可以用(yòng)正(zhèng)常的物质和力学(xué)定律来解释的(de)。那么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它的附(fù)近没有任何星系存在(zài)。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之外(wài)，另一种可能就是人类对引力(lì)的理解还不(bù)够全面(miàn)，引(yǐn)力(lì)很可能在不同尺(chǐ)度空间(jiān)中的(de)工作方式(shì)是不同的，这意味着在行(xíng)星(xīng)系尺度中的天(tiān)体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们所理解的(de)方(fāng)式运动。但是上(shàng)升(shēng)到星系和星团(tuán)的尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不同的(de)方式(shì)。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应(yīng)的(de)概念，指的是在数(不积跬步到底读gui还是kui，日积跬步以至千里是啥意思shù)百万光(guāng)年的规模上，巨(jù)大的(de)质量之(zhī)间会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊(shū)的(d不积跬步到底读gui还是kui，日积跬步以至千里是啥意思e)效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味(wèi)着我们需(xū)要对(duì)现在的物理定律进行修正，这些发现也(yě)让很多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没法解释的(de)“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距(jù)离为(wèi)37亿光年的子(zi)弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团所组(zǔ)成(chéng)，类似这样的(de)星团，它们(men)大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作用(yòng)就(jiù)会导致温度的急剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位于(yú)所有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我(wǒ)们(men)通过什么来验(yàn)证它的质量区域到底(dǐ)是不是集(jí)中在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片(piàn)，在(zài)照片(piàn)中我们可以明显地看到很多星系似(shì)乎(hū)被(bèi)拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大的形(xíng)变。其(qí)实这(zhè)些星系本身并不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是(shì)韦(wéi)伯望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)出了(le)什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地(dì)球上(shàng)的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量的东西(xī)的引力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星系的(de)光都发(fā)生了扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的时(shí)候(hòu)，发现它的大(dà)质量区(qū)域(yù)并不是在中(zhōng)间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最(zuì)好(hǎo)的(de)解释方法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气(qì)体(tǐ)被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这(zhè)个区(qū)域，并在两边形成(chéng)了(le)引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是(shì)暗物(wù)质存(cún)在的迄(qì)今(jīn)为止最好(hǎo)的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越(yuè)在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间(jiān)背景上(shàng)留(liú)下了各相同性的(de)微波(bō)辐射。其中红色的部分表示(shì)温度(dù)较(jiào)高的(de)区域，蓝(lán)色则(zé)表(biǎo)示相对较(jiào)冷的(de)区域(yù)，但实际上它们(men)之(zhī)间(jiān)的(de)温差(chà)只有万分之一(yī)。

科学家(jiā)们通(tōng)过(guò)对前景背(bèi)景分离后的二(èr)值图(tú)像(xiàng)进行(xíng)连通域提取和(hé)标(biāo)记之后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微(wēi)波(bō)背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约(yuē)是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字(zì)与解释星(xīng)系当中恒星运(yùn)动所(suǒ)需要的暗物(wù)质比例是一致的。这(zhè)就(jiù)意(y不积跬步到底读gui还是kui，日积跬步以至千里是啥意思ì)味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来相(xiāng)互作用。所以如果(guǒ)能(néng)够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学(xué)家(jiā)们已经(jīng)提出了数(shù)十(shí)种(zhǒng)的(de)假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实(shí)验(yàn)方式也(yě)不相同。在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常(cháng)规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却(què)没有任(rèn)何(hé)实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个(gè)三层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到(dào)了(le)某(mǒu)种信号。经过(guò)了20多年的(de)数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会(huì)在(zài)每年(nián)的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到(dào)最低，而且在20年(nián)当中每年(nián)都是一样(yàng)。一些科学(xué)家认为这(zhè)可(kě)能是(shì)人(rén)类(lèi)发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但(dàn)是(shì)为什(shén)么(me)暗物质会产生(shēng)周期性的年(nián)度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕(rào)着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这(zhè)样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个(gè)过(guò)程中会产生相应的(de)振荡(dàng)，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半年的时(shí)间，地(dì)球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时(shí)候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到(dào)完全一致(zhì)，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢(màn)值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相对(duì)银(yín)河(hé)系的平(píng)面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解释(shì)，研究人员们(men)所(suǒ)观(guān)测到的周期(qī)性信(xìn)号。当(dāng)然也可能(néng)有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高山上的(de)积雪，甚至(zhì)连(lián)意大利游客的(de)数量也符(fú)合这个周期(qī)的(de)规律。

所以，科学(xué)家们又在南(nán)半球建立了一个几乎(hū)相同的实验室，这(zhè)里的(de)季(jì)节与之前的实验室(shì)正好相反，而(ér)在(zài)这里，地球穿过暗(àn)物(wù)质流(liú)的运动特征和第一(yī)个实(shí)验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的(de)证据了。但是由于这(zhè)个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无(wú)法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的(de)望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中一(yī)个关键的(de)用途就(jiù)是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们(men)只(zhǐ)能拭(shì)目以待了(le)。费(fèi)米实验室粒子天体物(wù)理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是生(shēng)命进化(huà)的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论(lùn)得(dé)到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不会意味着人(rén)类(lèi)并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物(wù)质正(zhèng)在(zài)通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先找到(dào)暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得(dé)暗物质到(dào)底(dǐ)存(cún)不存在(zài)呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持(chí)是我更新的动(dòng)力！

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