宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存(cún)在科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质(zhì)存在(zài)的证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过去(qù)的几十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却没(méi)有(yǒu)发现(xiàn)任何(hé)的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文学(xué)家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过天王星(xīng)运行轨道(dào)的异常，推算并(bìng)且发现了(le)海王星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发现都(dōu)是应(yīng)用万有引力定律所取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些发(fā)现都是在(zài)恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度(dù)当中，可当我们上(shàng)升到星(xīng)系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹(zī)威基正在研究和测量后(hòu)发星(xīng)系团的(de)质量。这是一个由数千(qiān)个星系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的(de)质(zhì)量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就(jiù)可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动力学(xué)质量的(de)计算，是利(lì)用(yòng)光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团中的(de)各个星系相对于星系团(tuán)的运动(dòng)速度。当测量结(jié)果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的(de)形(xíng)式(shì)所存在，我们(men)无法(fǎ)看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发(fā)现星系团中很(hěn)多(duō)星系的(de)速度比理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生(shēng)的(de)引力是无法将(jiāng)它们束缚在(zài)星系团内的(de)，它们早就应该被抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除(chú)非(fēi)有(yǒu)一种神(shén)秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是(shì)它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时(shí)的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其轨道(dào)上(shàng)的运行速度就会(huì)越慢(màn)。但是他们(men)观测的(de)结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根据(jù)牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力定律，在(zài)星系当中(zhōng)如(rú)果没(méi)有足够大的质量来吸(xī)引(yǐn)它们(men)，这些外围的(de)恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科学(xué)家们会使(shǐ)用一种相对标(biāo)准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气(qì)体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系中心(xīn)的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋(xuán)转速度(dù)。如果出(chū)现(xiàn)异常(cháng)的结果，就(jiù)认为是由暗(àn)物质(zhì)的力量进入其中。

于(yú)是科学(xué)家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离星系中(zhōng)心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的第(dì)三(sān)悬臂之(zhī)上，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万有引力(lì)定律进行计算(suàn)，太阳系(xì)的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的(de)速度围绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际(jì)速(sù)度远远大于理论速度，那么产生(shēng)以上这(zhè)种向心加速度的原因很可能就是存(cún)在(zài)着一种我(wǒ)们看不到的(de)物(wù)质(zhì)，是(shì)这些暗物质的引力效应将星(xīng)系(xì)聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系(xì)外(wài)恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占(zhàn)整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一可以解释(shì)这(zhè)个(gè)现象的原因(yīn)。在一项新(xīn)的研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的(de)遥远恒星之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学家还发现了一(yī)个反常(cháng)的(de)星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒(héng)星(xīng)数量却只有银(yín)河(hé)系的(de)千分(fēn)之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先(xiān)进的望远镜对其进(jìn)妥否的意思是什么，妥否的用法行了40个小时(shí)的(de)详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学(xué)定律来解释的。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也(yě)许该星系的暗(àn)物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星系(xì)存在。造成(chéng)这些现象的(de)除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可能就(jiù)是(shì)人(rén)类对引力的理解还(hái)不(bù)够全面，引力很可能在不(bù)同尺(chǐ)度(dù)空(kōng)间中(zhōng)的工作方(fāng)式(shì)是不同的，这意味着在行星(xīng)系(xì)尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星系和星团(tuán)的(de)尺度，引力(lì)之间(jiān)的相互作用则是不(bù)同的方式。对于在(zài)星(xīng)系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概念(niàn)，指的是在(zài)数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要(yào)对现在的(de)物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也(yě)让很多(duō)人认为暗物(wù)质(zhì)假(jiǎ)说(shuō)理论(lùn)就(jiù)此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关(guān)于暗物质(zhì)存在的(de)其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德(dé)理论所没法解释的“引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星(xīng)团，它们(men)大部(bù)分的(de)普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用(yòng)就会导(dǎo)致温度(dù)的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星系(xì)团大(dà)部分的质(zhì)量将位于所(suǒ)有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我们(men)通过什(shén)么来验证它(tā)的质(zhì)量(liàng)区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清(qīng)照片，在照片中我们(men)可(kě)以(yǐ)明显地看到(dào)很多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸产生了巨(jù)大的形(xíng)变。其实(shí)这些星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什(shén)么问(wèn)题(tí)，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们地(dì)球上的观测者之间。被(bèi)一个质量(liàng)超级巨大的(de)天(tiān)体遮挡，这个(gè)超大质(zhì)量的东西的引力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大(dà)的(de)天(tiān)体可(kě)能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们对子(zi)弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大(dà)质量区域并(bìng)不是在中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解(jiě)释方(fāng)法就是当星团发(fā)生全(quán)部的碰撞时(shí)，可(kě)被观(guān)测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了(le)引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力(lì)透镜(jìng)研究也(yě)被认(rèn)为是暗物质存在(zài)的(de)迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的(de)理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外，还有来自(zì)宇宙当(dāng)中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅(chàng)通(tōng)无阻地(dì)穿越在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中了(le)。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐(fú)射。其(qí)中红色的部(bù)分(fēn)表示温度较高的(de)区(qū)域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对较冷的区(qū)域(yù)，但实(shí)际上它们(men)之间(jiān)的(de)温差(chà)只(zhǐ)有万分之一。

科学(xué)家们通过(guò)对前景(jǐng)背景(jǐng)分离后的二(èr)值图像进行连通(tōng)域(yù)提取和标记之后(hòu)发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗(àn)物质(zhì)，图形看起来妥否的意思是什么，妥否的用法不应该是这样的(de)，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会(huì)减小，才变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射(shè)的测量值，我们(men)需要(yào)的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数(shù)字(zì)与(yǔ)解释星系(xì)当中恒(héng)星运动所需要(yào)的(de)暗物质比例是(shì)一(yī)致的。这就意味着(zhe)。

用了一(yī)个简单的(de)理论框架，就很好(hǎo)地解释了(le)很多不同(tóng)的观(guān)测结(jié)果。而暗物质(zhì)的(de)本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们(men)不参与任何其他(tā)的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以(yǐ)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(cún)在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了(le)数十(shí)种的假想目(mù)标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒(lì)子(zi)所需要的实(shí)验方(fāng)式(shì)也不相同。在过去的几十年(nián)当(dāng)中，人(rén)类(lèi)为了(le)寻找这些看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会(huì)与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实(shí)验(yàn)，却(què)没(méi)有任何(hé)实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的(de)地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学(xué)实验室(shì)，这个(gè)实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质(zhì)粒子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测到(dào)了某种信号(hào)。经过了(le)20多年的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且(qiě)在(zài)20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能(néng)是人类(lèi)发(fā)现暗(àn)物质的第一个直接证据。

但是(shì)为(wèi)什么(me)暗(àn)物(wù)质会产(chǎn)生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着(zhe)银河系进(jìn)行移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)，这意味(wèi)着(zhe)我(wǒ)们也在以这(zhè)样(yàng)的速(sù)度在穿(chuān)越着暗物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会产生相(xiāng)应(yīng)的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的(de)时间，地球围(wéi)绕(rào)太(tài)阳的(de)方向与太阳环绕银河系(xì)的方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另外半年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳(yáng)的方(fāng)向正好达到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最(zuì)快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度(dù妥否的意思是什么，妥否的用法)的(de)倾斜，但是这(zhè)并不影(yǐng)响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员(yuán)们所观测到(dào)的周期性(xìng)信号。当然也可能有其他的情况，造成这(zhè)种年度周(zhōu)期信号的(de)差异(yì)也可(kě)能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水(shuǐ)分、高山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的(de)数量也符合(hé)这(zhè)个(gè)周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球(qiú)建立了一(yī)个几乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里的(de)季(jì)节与之前的实(shí)验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动(dòng)特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里可以得(dé)到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物(wù)质所存在的非常有力的(de)证(zhèng)据了。但是由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成不久，所(suǒ)以截至(zhì)目前(qián)还(hái)无法提(tí)供(gōng)相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新(xīn)的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍(bèi)。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键的用途就是(shì)探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对(duì)于探测(cè)的结果，我们只能拭(shì)目(mù)以待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极(jí)有(yǒu)可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或(huò)者(zhě)说是生命进化的(de)一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质(zhì)会不(bù)会意(yì)味着(zhe)人(rén)类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星(xīng)上，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些(xiē)推论(lùn)的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物质到底存不存(cún)在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持是我(wǒ)更(gèng)新的(de)动(dòng)力！

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