宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学(xué)无法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是什么？人(rén)类为(wèi)了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们(men)在过去的(de)几(jǐ)十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是(shì)却没(méi)有发现任(rèn)何(hé)的有效证据。除了一个(gè)地(dì)方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示(shì)了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们(men)发现某些天(tiān独立事件与互斥事件的区别与联系公式，独立事件与互斥事件的区别与联系视频)体运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常(cháng)，不(bù)符合万有引力定(dìng)律的(de)时候，他们就会(huì)知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的天体通过引(yǐn)力在(zài)摄动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王(wáng)星的存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得(dé)重大天(tiān)文成(chéng)就(jiù)的例子。但是这些(xiē)发现(xiàn)都是(shì)在恒星系统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我们(men)上升到星系或者是(shì)星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的物理学(xué)家弗(fú)里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研究和测量(liàng)后发星(xīng)系团的质量。这是一个由(yóu)数(shù)千(qiān)个星系所组成(chéng)的巨(jù)大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚(fù)在(zài)一起。测量星系团(tuán)的(de)质量(liàng)一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第(dì)一种是(shì)获(huò)得其"光(guāng)度学(xué)的质(zhì)量"，需要的数(shù)据(jù)是测量各个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的(de)计算(suàn)，是利用光谱红(hóng)移测量(liàng)星系(xì)团中的各个(gè)星系(xì)相对于星系团(tuán)的运动速度(dù)。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发(fā)座(zuò)星系团有99%的质量消失(shī)了(le)，或者说(shuō)这99%的质量并不以可(kě)见光的形式(shì)所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的(de)速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系的质(zhì)量所产生的(de)引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系(xì)团内的(de)，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神秘的(de)力量在起作用(yòng)，这种力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出(chū)了(le)这样部(bù)分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在(zài)其轨道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他们(men)观(guān)测的结果(guǒ)却让人感到(dào)不可思议。

于是科学家们通过射(shè)电(diàn)望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不(bù)例(lì)外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速(sù)度应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳系(xì)正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速(sù)度远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这(zhè)种向心加速度的原因(yīn)很可能(néng)就是(shì)存(cún)在(zài)着一种我们看(kàn)不到的(de)物质，是这些暗(àn)物质的引力效(xiào)应将星(xīng)系(xì)聚(jù)集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越(yuè)来越多的研(yán)究人(rén)员开始相信暗(àn)物质的(de)存(cún)在(zài)。科(kē)学(xué)家(jiā)根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质(zhì)并不是唯一可以解(jiě)释(shì)这个(gè)现象(xiàng)的原(yuán)因。在(zài)一项(xiàng)新的研究(jiū)当中，科学家们发(fā)现，几乎(hū)没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距(jù)离(lí)地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是星系当中存(cún)在(zài)的恒星数(shù)量(liàng)却只有银河系(xì)的千分之(zhī)一。

所以在理论上(shàng)，该星系(xì)必须(xū)存在暗物(wù)质，否则就会(huì)分崩离(lí)析(xī)。但(dàn)是科学家们(men)使用最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对(duì)其进(jìn)行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒星运动是可以(yǐ)用正常的(de)物质(zhì)和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提(tí)出(chū)，也许该星(xīng)系(xì)的(de)暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大(dà)星(xīng)系剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的假说之外(wài)，另一种可能(néng)就是(shì)人类对引力的理解(jiě)还不(bù)够全面(miàn)，引力很可(kě)能在不同尺(chǐ)度空(kōng)间中的工作方(fāng)式是不同(tóng)的，这意(yì)味着在(zài)行星(xīng)系尺度中(zhōng)的(de)天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式(shì)运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的(de)相互作用则(zé)是不同的方式。对于在星(xīng)系(xì)团之(zhī)间的相互(hù)作用，科学家(jiā)还引入了(le)外部(bù)场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特(tè)殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意(yì)味着我们需要对现在(zài)的物理定律进行修正，这些发现也(yě)让很(hěn)多(duō)人认为暗物质假说理论(lùn)就(jiù)此终结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样的(de)星团，它(tā)们(men)大部分的普通(tōng)质量都在星系(xì)的气体当中。当(dāng)星(xīng)团(tuán)以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的(de)急剧升(shēng)高，速度大幅降低(dī)。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分(fēn)的质量将位于(yú)所有这些气(qì)体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来(lái)验(yàn)证它(tā)的质量区域(yù)到底是(shì)不(bù)是集(jí)中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯(bó)太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很(hěn)多(duō)星系(xì)似(shì)乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大(dà)的形变。其(qí)实这些星系本身并(bìng)不是真的(de)被扭曲了，也(yě)不(bù)是(shì)韦伯(bó)望远镜出了(le)什么问题，而(ér)是这样极(jí)遥远的(de)天体和我们(men)地(dì)球(qiú)上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量的(de)东西的引(yǐn)力，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质量(liàng)的(de)黑洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所以当人们(men)对子弹星系团观(guān)测(cè)的时候(hòu)，发现它的大质(zhì)量区域并不是在(zài)中间，而是(shì)在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好(hǎo)的解释方法就(jiù)是当星团(tuán)发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这(zhè)个(gè)区域，并在两(liǎng)边形成了(le)引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透(tòu)镜研(yán)究也(yě)被(bèi)认为(wèi)是暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的迄今为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经(jīng)过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留下了各相同性(xìng)的(de)微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色(sè)则表示相对(duì)较冷(lěng)的区域，但实际(jì)上它们(men)之间的温差只有万分之一(yī)。

科学(xué)家们通过(guò)对前景(jǐng)背景(jǐng)分(fēn)离后的(de)二值图(tú)像进行连(lián)通域提取和标记之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐射(shè)的(de)测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一(yī)致(zhì)的(de)。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了一个简单(dān)的理论框(kuāng)架(jià)，就很(hěn)好(hǎo)地解(jiě)释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子，它们(men)不(bù)参与任何其(qí)他(tā)的(de)电磁(cí)作(zuò)用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存(cún)在(zài)，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了(le)暗物质(zhì)存在的(de)实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需(xū)要的(de)实验方式也不相同。在过(guò)去的几十年(nián)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相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家(jiā)们(men)已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任何(hé)实质性(xìng)的发现，除(chú)了一(yī)个地方，意(yì)大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下(xià)1400米(mǐ)处(chù)的地(dì)下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测到了(le)某种信号。经过(guò)了20多年的(de)数(shù)据收集，人们(men)发(fā)现了一个有(yǒu)趣的事(shì)情。探测率会在(zài)每年的6月份达到(dào)峰(fēng)值(zhí)，然后(hòu)在11月降到最低，而(ér)且在(zài)20年当(dāng)中每年(nián)都是一样。一些科(kē)学家认为这可(kě)能是人类(lèi)发现暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的(de)速度围(wéi)绕着(zhe)银河系进行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意(yì)味着我们也在(zài)以这(zhè)样的速(sù)度在穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所以有半(bàn)年的(de)时(shí)间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是(shì)一(yī)致的(de)，而(ér)另外半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而(ér)在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是(shì)理论(lùn)上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢(màn)值。尽管在实际的(de)情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银河系的(de)平(píng)面呈现了60度的(de)倾斜(xié)，但是(shì)这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以(yǐ)用来解释(shì)，研究人(rén)员(yuán)们所观测到的周期(qī)性(xìng)信号。当然(rán)也可(kě)能(néng)有其他的情况，造成这种年度周期(qī)信号的(de)差异也(yě)可能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连意(yì)大利游客的(de)数量也(yě)符合这个周(zhōu)期的(de)规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立了(le)一(yī)个几(jǐ)乎相同的实验室(shì)，这里的季(jì)节与之前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是(shì)一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质所存在的非常有力的证据了(le)。但(dàn)是(shì)由于(yú)这个实(shí)验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截(jié)至目(mù)前还(hái)无法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相同，但它的(de)宽(kuān)视场(chǎng)仪(yí)器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中一个关键的用(yòng)途就是(shì)探(tàn)索暗物(wù)质(zhì)背后的奥(ào)秘，对(duì)于探测的(de)结(jié)果，我们只能(néng)拭目以待(dài)了。费米实(shí)验室粒(lì)子天体物理中心(xīn)的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会(huì)支持(chí)宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的诞生，或者(zhě)说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类(lèi)并(bìng)不(bù)孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗(àn)物质正在通(tōng)过这(zhè)样的效应创造生命。当(dāng)然，这些(xiē)推论的大前提是要(yào)先找到(dào)暗物(wù)质存在(zài)的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得(dé)暗物质到底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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