宇宙(zhòu)是“人(rén)为(wèi)制造”的？为何会存在科学无(wú)法(fǎ)解(jiě)释的“暗(àn)物(wù)质(zhì)”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什么？人类为了(le)寻找暗(àn)物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的几十(shí)年(nián)当(dāng)中进行(xíng)了超过(guò)50次的(de)长(zhǎng)期实验，但是(shì)却(què)没有发现任(rèn)何(hé)的有效证据。除(chú)了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了(le)万(wàn)有引力定律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的(de)规(guī)律。往后的几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道出现异(yì)常，不符合万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)的时候(hòu)，他们就会知道，周(zhōu)围一定(dìng)有未(wèi)知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是(shì)应用(yòng)万(wàn)有引力定(dìng)律所取得重大天文成就的例(lì)子(zi)。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度(dù)当中，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星系(xì)团的质量。这是(shì)一(yī)个由(yóu)数千个星(xīng)系(xì)所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束缚(fù)在一起。测量(liàng)星系团的质量(liàng)一般会(huì)使用到(dào)两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的(de)范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要(yào)的数据是测量各个(gè)星系(xì)的光度。

第二种是动(dòng)力学质(zhì)量的计(jì)算，是利(lì)用(yòng)光谱红移测量(liàng)星系团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测(cè)量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质(zhì)量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系(xì)团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以(yǐ)可见光的形(xíng)式所存在(zài)，我(wǒ)们(men)无(wú)法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过(guò)程中，兹威基发(fā)现星(xīng)系(xì)团中很(hěn)多星(xīng)系(xì)的速(sù)度(dù)比理论(lùn)上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星系的质量所产生(shēng)的(de)引力是无(wú)法将它们束缚在星系(xì)团内(nèi)的(de)，它(tā)们早就应该(gāi)被抛出星系团之外(wài)了(le)，除(chú)非有一种神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来源于(yú)某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出(chū)了这(zhè)样部分不可见(jiàn)的(de)暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现(xiàn)。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特福特在观(guān)测(cè)仙(xiān)女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他(tā)们(men)观(guān)测的结(jié)果却让人感到不可(kě)思议。

随(suí)着(zhemine是什么词性物主代词，my是什么词性物主代词英语)与中心距离(lí)的(de)增(zēng)加，恒星的旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持(chí)不变。可(kě)是根据牛顿(dùn)的万有引力(lì)定(dìng)律，在星系当中如果没(méi)有足够大(dà)的质量来吸(xī)引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家(jiā)们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解(jiě)释(shì)暗物(wù)质的存在，这(zhè)种方法就是测量(liàng)星系当中气体(tǐ)在(zài)X轴上距离(lí)星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度(dù)。如(rú)果出(chū)现异常的结(jié)果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科学家(jiā)们(men)通过(guò)射电望远镜测(cè)量了距离(lí)星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发现它们(men)的(de)旋转速度(dù)并(bìng)不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也(yě)不例外，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的第三悬(xuán)臂(bì)之上(shàng)，距(jù)离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速度(dù)应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系(xì)正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银河(hé)系(xì)旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论速(sù)度(dù)，那么(me)产生(shēng)以上这种向心加速度(dù)的(de)原(yuán)因很(hěn)可能就是存在(zài)着一(yī)种我(wǒ)们看不到的(de)物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星(xīng)系(xì)聚集在了一起。

也是从这(zhè)时(shí)开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科(kē)学家(jiā)根据星系(xì)外恒星(xīng)轨道(dào)的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整(zhěng)个星系(xì)质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效(xiào)应(yīng)的(de)遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天(tiān)文学(xué)家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河系不多，但是星系当(dāng)中(zhōng)存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该(gāi)星系必(bì)须(xū)存在暗(àn)物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的望(wàng)远镜(jìng)对其进行了40个小(xiǎo)时(shí)的详(xiáng)细(xì)测量之后，发(fā)现星系中的恒(héng)星运动是可以用正常的物(wù)质(zhì)和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被(bèi)附近的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它(tā)的附近(jìn)没有任何星系存在。造(zào)成(chéng)这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引力的理解(jiě)还不够全(quán)面(miàn)，引力(lì)很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体会(huì)沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解(jiě)的方式运(yùn)动。但(dàn)是上升到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作(zuò)用(yòng)则(zé)是不同的(de)方式。对于在星(xīng)系团(tuán)之间的相互作用，科(kē)学家还引入(rù)了(le)外部场效应的(de)概(gài)念，指的是(shì)在数百(bǎi)万光年的规(guī)模上，巨(jù)大(dà)的质(zhì)量之(zhī)间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立(lì)，这意味着我们需(xū)要对现在的(de)物(wù)理定律进行修正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物(wù)质假说理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗(àn)物质存在(zài)的其他(tā)的(de)理论证据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙(méng)德理论所没(méi)法解释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由(yóu)两个(gè)碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这(zhè)样的(de)星团(tuán)，它们大部(bù)分(fēn)的普通质(zhì)量都在(zài)星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生碰撞的时(shí)候，星际气(qì)体(tǐ)的(de)相互作用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位(wèi)于所有这些气(qì)体所在的中间(jiān)区域(yù)。那么我们通(tōng)过什么来验证(zhèng)它的(de)质量(liàng)区域到(dào)底是不是集中在中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传(chuán)回了(le)宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们(men)可(kě)以明显地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这(zhè)些星(xīng)系本身(shēn)并(bìng)不是真(zhēn)的(de)被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题(tí)，而是(shì)这样极遥(yáo)远的天体和我们地(dì)球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的(de)引力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发(fā)生(shēng)了(le)扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大(dà)的天(tiān)体可能是(shì)超大质(zhì)量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观(guān)测的时(shí)候，发(fā)现它的大质(zhì)量(liàng)区域并(bìng)不是在(zài)中间(jiān)，而是(shì)在两侧(cè)。所以最好的解释方法就是当(dāng)星(xīng)团发(fā)生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直(zhí)接通过了(le)这(zhè)个区(qū)域，并在(zài)两边(biān)形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对(duì)子(zi)弹星系团(tuán)的(de)引力透(tòu)镜研究(jiū)也被认为(wèi)是暗(àn)物质存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好(hǎo)的(de)理论证据(jù)。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光(guāng)。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下(xià)了(le)各相同性(xìng)的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度较(jiào)高的(de)区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上(shàng)它们(men)之(zhī)间的温(wēn)差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景分离后的(de)二值(zhí)图像进行连(lián)通(tōng)域提取和(hé)标记之后发(fā)现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不(bù)应该是这样的，而(ér)随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们需要的(de)暗物(wù)质(zhì)大约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍。这个数(shù)字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是一致的(de)。这就意味着。

用(yòng)了一(yī)个简单的理论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地(dì)解释了(le)很多不同的观(guān)测结果。而(ér)暗物质的本质(zhì)就(jiù)是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某种类(lèi)型的(de)粒(lì)子，它们(men)不(bù)参(cān)与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了(le)数(shù)十种的假想目标，而要寻(xún)找这些(xiē)不同的目标(biāo)粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人(rén)类(lèi)为了(le)寻(xún)找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规(guī)物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地学实(shí)验室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一(yī)直(zhí)致(zhì)力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学(xué)家声称观测到了某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多年的数据(jù)收集，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探测(cè)率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当(dāng)中(zhōng)每(měi)年都是一样。一些(xiē)科学(xué)家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇宙当中，这意(yì)味着(zhe)我们也在(zài)以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所以有半(bàn)年的(de)时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份(fèn)的(de)时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流(liú)最(zuì)快的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到(dào)了最慢值。尽管在(zài)实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对银河系的平(píng)面呈(chéng)现了(le)60度(dù)的(de)倾斜(xié)，但是(shì)这并不影响这(zhè)个(gè)理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为(wèi)这可以用来解释(shì)，研究人员们所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可能(néng)有其他的情(qíng)况，造成这(zhè)种(zhǒng)年(nián)度周(zhōu)期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高(gāo)山上的积雪，甚至连(lián)意(yì)大(dà)利游客的数量也符合这个(gè)周(zhōu)期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家们(men)又(yòu)在南半(bàn)球建立了一个(gè)几(jǐ)乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一(yī)个实(shí)验室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得到相同的信(xìn)号(hào)，就可以成为暗物质(zhì)所存(cún)在的非(fēi)常有力(lì)的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还(hái)无法提供相(xiāng)应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它的宽视(shì)场仪器提供的视(shì)野(yě)是哈(hā)勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个(gè)关键的用途就(jiù)是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探测(cè)的结果，我们(men)只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特(tè)芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥(yōng)有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说是生(shēng)命进(jìn)化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某个角落的(de)行星上，暗(àn)物(wù)质正(zhèng)在(zài)通过这样的效应创造(zào)生命(mìng)。当然，这些(xiē)推(tuī)论(lùn)的大前提是要先找到(dào)暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是(shì)我更新(xīn)的动力！

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