宇宙是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何(hé)会存在科学(xué)无法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证据(jù)，科学家们(men)在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地(dì)方(fāng)，在1687年(nián)出版的自然(rán)哲学(xué)数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家们(men)发现(xiàn)某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不(bù)符(fú)合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时(shí)候，他们就会(huì)知道，周(zhōu)围(wéi)一(yī)定有未知的天体(tǐ)通过引力(lì)在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发现都是(shì)应用(yòng)万有(yǒu)引力(lì)定律所取得重大(dà)天文(wén)成(chéng)就的例子。但(dàn)是这(zhè)些发现都是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就(jiù)开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正在研(yán)究和测量(liàng)后发星(xīng)系团的质量。这(zhè)是(shì)一个由数(shù)千个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束(shù)缚在一(yī)起(qǐ)。测(cè)量星系(xì)团的质(zhì)量一般会(huì)使(shǐ)用到两种方法，当两(liǎng)种方法结(jié)果一致，就可以确定(dìng)其质量的(de)范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的(de)质量(liàng)"，需要的数据是测量各(gè)个(gè)星(xīng)系(xì)的光度。

第二种是动力学(xué)质(zhì)量的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量(liàng)星系团中(zhōng)的(de)各个星系(xì)相对于星系团(tuán)的运动速度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之(zhī)后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所存在，我们(men)无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度(dù)的(de)过(guò)程(chéng)中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星(xīng)系的(de)速(sù)度比理论(lùn)上要快(kuài)得(dé)多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星系的质量(liàng)所产生的(de)引力(lì)是无法(fǎ)将它们(men)束缚在星系团内的，它(tā)们(men)早(zǎo)就应该(gāi)被抛(pāo)出星系团之(zhī)外(wài)了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的(de)物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基(jī)提出了这样部(bù)分不可见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大(dà)部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的(de)人(rén)们(men)对这样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离中(zhōng)心(xīn)越远的恒星在其钟南山为什么被说成钟百亿(qí)轨道上的(de)运行速度就会(huì)越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会(huì)使(shǐ)用(yòng)一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量星系(xì)当中气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出(chū)现异常的(de)结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通(tōng)过射(shè)电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第(dì)三悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力(lì)定律进(jìn)行计算，太(tài)阳系的运行(xíng)速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的(de)原因(yīn)很(hěn)可能就是存在着一种我们看不到的(de)物(wù)质，是(shì)这些(xiē)暗物质(zhì)的(de)引力效应(yīng)将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这(zhè)时(shí)开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研究人员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道(dào)的(de)速度，估(gū)算在星系(xì)当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个现象的原因(yīn)。在一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学(xué)家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发现了(le)一个反(fǎn)常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星(xīng)系(xì)距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当中存在(zài)的恒星数(shù)量却(què)只有银河系的(de)千分之一。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该星系必须(xū)存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最(z钟南山为什么被说成钟百亿uì)先进的望远(yuǎn)镜对其进行了(le)40个小时(shí)的详细测量之后，发(fā)现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用正(zhèng)常的物(wù)质和力学定(dìng)律来解释的。那么又(yòu)有人(rén)提(tí)出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近(jìn)的(de)另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何(hé)星系存在。造成(chéng)这些(xiē)现象的除了(le)暗(àn)物质的假说之外，另一(yī)种可能就是人类对引(yǐn)力(lì)的(de)理解还不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空(kōng)间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿(yán)着它(tā)们(men)的轨道，按照我们所理解(jiě)的方(fāng)式运动(dòng)。但是上升到星系和星团的(de)尺度(dù)，引力(lì)之间的相互(hù)作用则(zé)是不同(tóng)的方(fāng)式。对于在星系(xì)团之(zhī)间的相互(hù)作用，科学(xué)家还引(yǐn)入了外(wài)部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光年的规模上(shàng)，巨大(dà)的(de)质量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对现在(zài)的(de)物理定律进行修正，这些发(fā)现(xiàn)也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存(cún)在的其(qí)他(tā)的(de)理论证据，这些理论证据是(shì)蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它(tā)们大(dà)部分的普(pǔ)通质(zhì)量都在(zài)星系的气体当中。当(dāng)星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的时(shí)候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系团大部分的质量(liàng)将位于(yú)所有这些气体所在的中间区域。那么(me)我们(men)通过(guò)什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是(shì)不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以明显地(dì)看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大(dà)的形变(biàn)。其实这些星(xīng)系本(běn)身并不(bù)是真(zhēn)的被扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的(de)天体和(hé)我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的(de)光都(dōu)发生了(le)扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这(zhè)个巨(jù)大的天体可能(néng)是(shì)超大质(zhì)量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测(cè)的时候，发(fā)现它(tā)的(de)大质量区(qū)域(yù)并不是在中间，而(ér)是在两侧(cè)。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物(wù)质则直接(jiē)通(tōng)过了这个区域，并在(zài)两边(biān)形成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的引力透镜(jìng)研究也被认(rèn)为是(shì)暗物质存(cún)在(zài)的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经过了130多亿年之(zhī)后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了(le)各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则(zé)表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际(jì)上它们(men)之间的(de)温(wēn)差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像(xiàng)进行连通(tōng)域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不(bù)应(yīng)该是(shì)这(zhè)样的(de)，而(ér)随(suí)着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波(bō)背景辐(fú)射的(de)测(cè)量值，我们需(xū)要(yào)的暗(àn)物质大约(yuē)是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解(jiě)释星系(xì)当中(zhōng)恒星运动所需要的(de)暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致的。这就意(yì)味着。

用(yòng)了一个简单的(de)理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗物(wù)质的本(běn)质(zhì)就是宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒(lì)子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用(yòng)。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这种粒(lì)子的存在，就相(xiāng)当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。这种粒子(zi)到底是(shì)什么？科(kē)学家们已(yǐ)经(jīng)提出了数十种的(de)假想目标，而要寻(xún)找这(zhè)些不同的目标粒子(zi)所需(xū)要的实(shí)验(yàn)方式(shì)也不(bù)相(xiāng)同(tóng)。在过(guò)去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的(de)发现，除了一个(gè)地(dì)方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室(shì)，这个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子(zi)的周(zhōu)期(qī)性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观(guān)测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的(de)数据收集，人(rén)们(men)发现了(le)一个有趣的事情。探测率会在(zài)每年(nián)的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质会产(chǎn)生(shēng)周(zhōu)期性的(de)年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们讲了(le)太(tài)阳系正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)着银(yín)河系(xì)进行(xíng)移动，那(nà)么(me)如果暗(àn)物(wù)质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样(yàng)的速(sù)度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会(huì)产生(shēng)相应的(de)振荡，同(tóng)时地球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋(xuán)转(zhuǎn)。所以(yǐ)有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全一致，这是(shì)理论(lùn)上地球(qiú)穿越暗物(wù)质流最快的(de)时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太(tài)阳系相对银(yín)河(hé)系的平(píng)面呈现了(le)60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的(de)有效性(xìng)。

因此科学家认为这可(kě)以用来解(jiě)释，研究(jiū)人(rén)员们所观测到的周期性(xìng)信号(hào)。当然也(yě)可能(néng)有其他的情况，造(zào)成(chéng)这种年度周期信号的(de)差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大利(lì)游客的数量也符合这个(gè)周(zhōu)期的(de)规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季(jì)节与之前的实验室(shì)正好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过暗(àn)物(wù)质流的(de)运动特征和第(dì)一个实(shí)验室是(shì)一(yī)样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这里可以得(dé)到相同的(de)信号(hào)，就可以成为暗物质所存(cún)在的(de)非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截(jié)至(zhì)目前还无法(fǎ)提供(gōng)相应的数据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新(xīn)的(de)望远(yuǎn)镜，这(zhè)台(tái)太(tài)空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视(shì)野是哈勃(bó)红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空(kōng)望远镜其中一个关键(jiàn)的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费(fèi)米实验室(shì)粒子天体物理(lǐ)中(zhōng)心(xīn)的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的(de)一(yī)个重要(yào)因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那(nà)么(me)遍布(bù)宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会不会(huì)意(yì)味(wèi)着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通(tōng)过(guò)这样的(de)效应(yīng)创造(zào)生(shēng)命。当然，这(zhè)些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新的(de)动(dòng)力！

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