宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是什(shén)么？人类为了(le)寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们(men)在过去(qù)的(de)几十年当中进行(xíng)了(le)超过50次的长期实(shí)验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学(xué)数学(xué)原(yuán)理一书(shū)中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发(fā)表了万有引力(lì)定(dìng)律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学家们(men)发现某些(xiē)天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合(hé)万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)的时候，他们(men)就会知(zhī)道，周围一定有未知(zhī)的天体(tǐ)通过引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星(xīng)运行轨道的异常(cháng)，推算并(bìng)且发现了海王星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重大天文(wén)成就的例子。但是(shì)这(zhè)些发现都是在(zài)恒(héng)星(xīng)系统的尺(chǐ)度(dù)当(dāng)中，可(kě)当我们上升到(dào)星(xīng)系或者是星团的(de)尺度，事情就开(kāi)始变得(dé)诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量(liàng)后(hòu)发星系团的质量(liàng)。这(zhè)是一(yī)个(gè)由数千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一般(bān)会使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结(jié)果一致(zhì)，就可(kě)以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要(yào)的数(shù)据是测量各个星系的(de)光度。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量(liàng)星系团(tuán)中的各(gè)个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测(cè)量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或(huò)者说这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可(kě)见光的形(xíng)式所存(cún)在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测量速(sù)度(dù)的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星(xīng)系的速(sù)度比理论上(shàng)要(yào)快得多(duō)，按照牛顿的(de)运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的(de)引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的(de)，它们早就应该被(bèi)抛出星系(xì)团之外了(le)，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力量在(zài)起作用(yòng)，这(zhè)种(zhǒng)力量来源(yuán)于(yú)某(mǒu)种隐形的物(wù)质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样部(bù)分不可(kě)见的(de)暗(àn)质，它不发散光(guāng)、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时(shí)的(de)人们对这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再一(yī)次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观(guān)测仙女座星系中的恒星运(yùn)动(dòng)上技校要多少钱学费，在技校上学一般要花多少学费。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他(tā)们(men)观测的(de)结果却(què)让人感(gǎn)到不可(kě)思议。

随(suí)着(zhe)与中心距离的(de)增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可(kě)是根据牛顿(dùn)的(de)万有引力定律(lǜ)，在(zài)星系当(dāng)中如果(guǒ)没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这些外(wài)围的(de)恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准的方法来(lái)解释暗物质的存(cún)在，这种方(fāng)法就是(shì)测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果出现异(yì)常(cháng)的结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是科(kē)学家们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测(cè)量(liàng)了距离星系中心更远距离的(de)氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转速度并不符(fú)合牛顿的(de)力学(xué)定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律(lǜ)进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实(shí)际(jì)上，太(tài)阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银(yín)河系(xì)旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很可能(néng)就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物(wù)质(zhì)，是这(zhè)些(xiē)暗物质的(de)引力效(xiào)应(yīng)将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这(zhè)时(shí)开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究人员开始相信(xìn)暗(àn)物质的存在(zài)。科学家(jiā)根据(jù)星(xīng)系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星(xīng)系当中暗(àn)物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是唯一(yī)可以解(jiě)释这个现象的原因(yīn)。在一项新的(de)研究当中，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥(yáo)远恒(héng)星(xīng)之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另(lìng)外，天文(wén)学家(jiā)还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银河系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量却只有银(yín)河(hé)系(xì)的(de)千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科(kē)学(xué)家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了(le)40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是(shì)可以用(yòng)正常的物(wù)质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是(shì)，它的附(fù)近没有任何星系存在。造(zào)成(chéng)这些(xiē)现象的除了暗物(wù)质(zhì)的(de)假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是(shì)人类对引力的理解(jiě)还不(bù)够全面(miàn)，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的(de)工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会(huì)沿着(zhe)它们的(de)轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理解的(de)方(fāng)式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在星系(xì)团(tuán)之间的(de)相互作用，科学家还(hái)引入了外部(bù)场效(xiào)应的(de)概念(niàn)，指的是在(zài)数百万光年的规(guī)模(mó)上，巨大的质量(liàng)之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成(chéng)立，这意味(wèi)着我们需要对现在的(de)物理(lǐ)定(dìng)律进行(xíng)修正，这些(xiē)发现也(yě)让很(hěn)多人认为暗(àn)物(wù)质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还(hái)有关于暗(àn)物质存在的其他(tā)的(de)理论证据，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的(de)子弹(dàn)星系(xì)团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的(de)星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星(xīng)系的(de)气(qì)体当中(zhōng)。当星团以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生(shēng)碰撞的(de)时候，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系(xì)团大部(bù)分的质量将位(wèi)于所(suǒ)有(yǒu)这些(xiē)气体所在(zài)的中(zhōng)间区域(yù)。那么我(wǒ)们通(tōng)过什么来验证它的(de)质(zhì)量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯(bó)太(tài)空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可以明显地看到很多星系似(shì)乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其实这些(xiē)星系(xì)本(běn)身并(bìng)不(bù)是真的被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而(ér)是这(zhè)样极遥(yáo)远的(de)天(tiān)体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的观测者之间(jiān)。被一(yī)个质量(liàng)超级巨(jù)大(dà)的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大上技校要多少钱学费，在技校上学一般要花多少学费(dà)质(zhì)量的(de)东西的(de)引力(lì)，会使身后(hòu)更遥远星(xīng)系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就(jiù)是(shì)引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能(néng)是超大质量的(de)黑(hēi)洞或者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们(men)对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它(tā)的(de)大质量区(qū)域并不是在中(zhōng)间，而是在(zài)两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观(guān)测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质则直接通(tōng)过了(le)这(zhè)个区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹(dàn)星(xīng)系(xì)团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿(yì)年之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留(liú)下了(le)各相同性的(de)微波辐射(shè)。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但(dàn)实际上它(tā)们之(zhī)间的温差只有万分之一(yī)。

科学家们(men)通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图(tú)像进行连通域(yù)提取和标记之后发现(xiàn)，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的(de)，而随着暗物(wù)质的(de)增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度(dù)会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景(jǐng)辐(fú)射的测量值，我们需(xū)要的暗(àn)物质大约是(shì)普通物(wù)质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的(de)暗(àn)物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结(jié)果(guǒ)。而(ér)暗物(wù)质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某(mǒu)种(zhǒng)类(lèi)型的粒子(zi)，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们(men)已(yǐ)经提(tí)出了数十(shí)种的假想目标，而要(yào)寻(xún)找这些(xiē)不同的目(mù)标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中，人(rén)类(lèi)为了寻找这(zhè)些(xiē)看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规(guī)物(wù)质相(xiāng)互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次(cì)的实验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大(dà)的地学实(shí)验(yàn)室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家(jiā)声称观测(cè)到了某种信号(hào)。经(jīng)过(guò)了20多年的数据收集(jí)，人们发(fā)现了一个(gè)有趣的事情。探(tàn)测率会在(zài)每年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年(nián)当中每年(nián)都是一样(yàng)。一些(xiē)科(kē)学家认(rèn)为(wèi)这可能是人类发(fā)现暗物质(zhì)的第一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期(qī)性(xìng)的(de)年(nián)度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味(wèi)着我(wǒ)们也在(zài)以这(zhè)样的速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这个过(guò)程中会(huì)产生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地(dì)球又以(yǐ)30公(gōng)里(lǐ)/秒的(de)速度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半年的(de)时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方(fāng)向是(shì)一致的(de)，而另外半年(nián)则与之相反。

而(ér)在(zài)6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完(wán)全一致(zhì)，这是理论上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质流最快的(de)时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情(qíng)况中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这个理论的(de)有效性。

因此(cǐ)科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员(yuán)们所观(guān)测到的周期性信(xìn)号(hào)。当(dāng)然(rán)也(yě)可(kě)能有其他的情况，造成这种年度周期(qī)信号的差(chà)异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客的数量(liàng)也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这里(lǐ)的季节(jié)与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的运(yùn)动特(tè)征(zhēng)和第(dì)一个实(shí)验室(shì)是一(yī)样的(de)。

因此，如果在这里可(kě)以得到(dào)相同的信号(hào)，就可以成为(wèi)暗(àn)物质所存在的非(fēi)常有力(lì)的证据了。但是由(yóu)于这个实(shí)验室刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截至(zhì)目前(qián)还无(wú)法提(tí)供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它(tā)的(de)宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关(guān)键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的(de)奥秘，对于(yú)探测(cè)的结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭目以待了(le)。费(fèi)米实验室粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能拥(yōng)有另(lìng)一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或(huò)者(zhě)说是生命进(jìn)化(huà)的(de)一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得(dé)到(dào)进一(yī)步的(de)证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会不(bù)会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过(guò)这(zhè)样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实际证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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