宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学(xué)无法解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是什么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过去的几十年当中进行(xíng)了超(chāo)过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何的有效证(zhèng)据(jù)。除了一个地(dì)方(fāng)，在(zài)1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表了万有(yǒu)引力定律，它揭示(shì)了宇宙(zhòu)中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们(men)发(fā)现(xiàn)某(mǒu)些天体运行(xíng)轨道出现异(yì)常，不符合(hé)万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会(huì)知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。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(tuī)算并(bìng)且发现了海王星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的发现都(dōu)是应(yīng)用万有(yǒu)引力定律所取得重大(dà)天文成就的例(lì)子。但(dàn)是这些发(fā)现都是(shì)在恒星系统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当我们(men)上(shàng)升(shēng)到(dào)星系或者是星(xīng)团的尺度(dù)，事情就开(kāi)始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正在(zài)研究和测(cè)量后发(fā)星系团(tuán)的质量(liàng)。这(zhè)是一个由数千个星(xīng)系(xì)所组成(chéng)的巨(jù)大星系(xì)团，这些星系被引(yǐn)力束缚(fù)在(zài)一起。测量星系(xì)团的质量一般(bān)会(huì)使用(yòng)到(dào)两种方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致(zhì)，就可(kě)以确定其质量的(de)范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光度(dù)。

第二种是(shì)动力学质(zhì)量的计算，是利(lì)用光谱红移测(cè)量星系(xì)团(tuán)中的各个(gè)星系相对于(yú)星系团的运(yùn)动速(sù)度。当测量结果出(chū)来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是(shì)，在测量速度的过(guò)程中，兹(zī)威基发现星(xīng)系团中很(hěn)多星系的速度(dù)比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可(kě)见星(xīng)系的质量所产生的引力是无(wú)法将它(tā)们束缚在星(xīng)系(xì)团(tuán)内(nèi)的，它们早就应该被抛(pāo)出星系(xì)团(tuán)之外了，除非(fēi)有一种神(shén)秘的力量(liàng)在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不可(kě)见(jiàn)的暗(àn)质，它不(bù)发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大(dà)部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法(fǎ)不(bù)屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才(cái)再(zài)一次出现。天文(wén)学家(jiā)维(wéi)拉(lā)鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福(fú)特在观测仙女座星(xīng)系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨道上(shàng)的(de)运(yùn)行速度就会越慢。但(dàn)是他(tā)们观测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的(de)万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中如(rú)果没有足够大的质(zhì)量来(lái)吸(xī)引它(tā)们(men)，这些外(wài)围的恒(héng)星早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测(cè)量星(xīng)系当中气(qì)体在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气(qì)体的旋转速度(dù)。如果出(chū)现异常的结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物质的力(lì)量进(jìn)入其(qí)中。

于(yú)是科学(xué)家们通过(guò)射电望远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)并不符合牛顿的力(lì)学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算牛剖层皮革是不是真皮，牛皮革是什么材质，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速(sù)度的(de)原因很可能就是存(cún)在着(zhe)一种(zhǒng)我们(men)看不到的物质，是这些暗物质的(de)引力效应将星(xīng)系聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究(jiū)人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根(gēn)据星系外恒(héng)星轨道的(de)速(sù)度，估算(suàn)在星(xīng)系当中(zhōng)暗物质(zhì)的质量(liàng)占整(zhěng)个星系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物质并不(bù)是唯一可以解释(shì)这个(gè)现(xiàn)象的原(yuán)因。在(zài)一项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出(chū)现速(sù)度上的微(wēi)小差异。另外(wài)，天文(wén)学(xué)家(jiā)还发现了一(yī)个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿(yì)光(guāng)年，大(dà)小(xiǎo)和银(yín)河系不多(duō)，但是星系(xì)当(dāng)中(zhōng)存在的(de)恒星数(shù)量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则(zé)就会(huì)分崩(bēng)离(lí)析。但是(shì)科学家们使用最(zuì)先(xiān)进的望远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个(gè)小时的详细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系中的(de)恒星(xīng)运(yùn)动是可以用正(zhèng)常的物质和(hé)力学定律来解(jiě)释的。那么又(yòu)有人提出(chū)，也许该星系的暗(àn)物质，已经被(bèi)附(fù)近的另(lìng)一个大星系剥离了(le)。奇怪的(de)是(shì)，它的附近没有(yǒu)任何星系存在(zài)。造成这(zhè)些(xiē)现象(xiàng)的(de)除了暗物质的假说之外，另一种可能(néng)就是人类(lèi)对引力的理解还不(bù)够全(quán)面，引力很可能在(zài)不同尺度空间中的工作(zuò)方式是不(bù)同的(de)，这(zhè)意味着在(zài)行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理(lǐ)解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学(xué)家还引(yǐn)入了外部场效应的概(gài)念，指的(de)是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的(de)质量(liàng)之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现在的(de)物理定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还(hái)有关于暗物质(zhì)存在的(de)其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙(méng)德理论所没(méi)法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年的子(zi)弹星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的(de)时(shí)候，星际(jì)气体的相互作用(yòng)就会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧(jù)升(shēng)高，速度(dù)大幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部(bù)分的质量将位于所有(yǒu)这些(xiē)气体所在(zài)的中间区(qū)域。那么我们通过(guò)什么来(lái)验证它的质量(liàng)区域到底是不是(shì)集(jí)中在(zài)中(zhōng)间(jiān)呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们(men)可以明显地看(kàn)到(dào)很多星系(xì)似乎被拉伸产(chǎn牛剖层皮革是不是真皮，牛皮革是什么材质)生了巨大的(de)形变。其实这些(xiē)星系本(běn)身并不是真的被扭曲(qū)了(le)，也(yě)不是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了什么(me)问题，而是这样极(jí)遥(yáo)远的天体和我(wǒ)们(men)地球上(shàng)的(de)观测者之(zhī)间(jiān)。被一个质量超(chāo)级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引(yǐn)力(lì)，会使身后更(gèng)遥远星系的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是(shì)引力(lì)透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大的(de)天体可能是(shì)超大质量的黑洞或(huò)者是暗物(wù)质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观(guān)测(cè)的(de)时候，发现它(tā)的大质量区(qū)域并(bìng)不是(shì)在(zài)中(zhōng)间，而是(shì)在两侧。所以最(zuì)好的解释(shì)方法就是当(dāng)星团发(fā)生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了(le)这个区(qū)域，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透(tòu)镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在的(de)迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年(nián)之后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间背景上(shàng)留(liú)下了各相(xiāng)同(tóng)性的微波(bō)辐(fú)射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实际(jì)上它们之间(jiān)的温差只有万(wàn)分(fēn)之(zhī)一。

科学家们通(tōng)过对(duì)前景背景分离后的二值图像(xiàng)进(jìn)行连通(tōng)域(yù)提取和标记之后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图(tú)形看起来不应该是这样的(de)，而随着暗物(wù)质(zhì)的(de)增(zēng)加(jiā)，一(yī)些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个(gè)数(shù)字与解释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理(lǐ)论框架，就很好地解释(shì)了(le)很多不同的观测结(jié)果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们不(bù)参与(yǔ)任(rèn)何其他(tā)的电磁作(zuò)用，只通过(guò)引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够(gòu)找到(dào)这种粒子(zi)的存(cún)在，就相当于找到(dào)了暗物(wù)质存在(zài)的实际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底是什么(me)？科学家们已经(jīng)提出了数(shù)十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻(xún)找这些(xiē)不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规(guī)物(wù)质相互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除(chú)了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

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验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(céng)楼高的探(tàn)测器(qì)，一(yī)直致力于寻找暗物质(zhì)粒子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称(chēng)观测到了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年(nián)的(de)数据收集，人(rén)们发(fā)现了(le)一个有趣的事情。探测(cè)率(lǜ)会在每(měi)年的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后在11月降到(dào)最低(dī)，而(ér)且在(zài)20年当中每(měi)年(nián)都是一样。一些科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为(wèi)什么(me)暗物质(zhì)会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这意味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这(zhè)样(yàng)的(de)速度(dù)在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系的方向(xiàng)是一致的(de)，而另外半年则(zé)与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地(dì)球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是(shì)理论(lùn)上地(dì)球穿(chuān)越暗(àn)物(wù)质流最快的时(shí)段。而在11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实际的(de)情况中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系的平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响(xiǎng)这个理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认为这(zhè)可以用来(lái)解释，研(yán)究人员们所观(guān)测到的周期性信号(hào)。当然也(yě)可能有其他的(de)情(qíng)况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利(lì)游(yóu)客的(de)数量也符合这个(gè)周期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南半球(qiú)建立了一(yī)个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好(hǎo)相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第(dì)一个实(shí)验室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这(zhè)里(lǐ)可以得到相同的信(xìn)号(hào)，就可(kě)以成为(wèi)暗物质所存在的非(fēi)常有力的(de)证据(jù)了。但是由于(yú)这个实(shí)验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至(zhì)目(mù)前还无法提(tí)供相(xiāng)应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台(tái)新(xīn)的(de)望远镜，这台(tái)太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键的用途(tú)就是探索暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对于探测的(de)结果(guǒ)，我们只能拭目(mù)以(yǐ)待了(le)。费(fèi)米实验室粒子天(tiān)体物理中心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们(men)极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质(zhì)效(xiào)应，会支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的(de)诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到(dào)进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会不(bù)会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个角落的(de)行(xíng)星(xīng)上，暗(àn)物(wù)质正在(zài)通过这(zhè)样的(de)效应创造生命(mìng)。当然(rán)，这些(xiē)推论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存在的(de)实(shí)际(jì)证据(jù)。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支(zhī)持是我更(gèng)新的动力(lì)！

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