宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟(jìng)是(shì)什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过去的几十年当中进行了超过(guò)50次(cì)的长期实验(yàn)，但是(shì)却没(méi)有发现任何(hé)的有效证据。除了一(yī)个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的(de)几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学(xué)家们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符(fú)合万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄(shè)动它(tā)的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的发现都(dōu)是(shì)应用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是这些(xiē)发现都是在(zài)恒(héng)星系统(tǒng)的(de)尺度(dù)当(dāng)中，可(kě)当我们上升(shēng)到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测(cè)量后发星系(xì)团(tuán)的质量(liàng)。这是(shì)一(yī)个由数千(qiān)个(gè)星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以(yǐ)确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获(huò)得(dé)其"光度学(xué)的质量(liàng)"，需(xū)要的数据是(shì)测量各(gè)个星系(xì)的(de)光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算(suàn)，是利(lì)用(yòng)光谱(pǔ)红移测(cè)量星系(xì)团中的各个星系相(xiāng)对于(yú)星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测(cè)量(liàng)速度的过程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团中很多星系的(de)速度(dù)比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠(kào)这些可见星(xīng)系的(de)质(zhì)量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚(fù)在星(xīng)系团内的(de)，它们早就(jiù)应该(gāi)被(bèi)抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的(de)力量在(zài)起(qǐ)作(zuò)用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它(tā)不发(fā)散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词才再一(yī)次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系(xì)中的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思(sī)议。

随着与(yǔ)中心距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用一(yī)种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物(wù)质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方(fāng)法就是(shì)测量星系(xì)当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离星系(xì)中心的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力(lì)量(liàng)进(jìn)入(rù)其中。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过射(shè)电望远镜测量了距离(lí)星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它们(men)的旋转速度(dù)并不符合牛顿(dùn)的(de)力(lì)学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河(hé)系的第三(sān)悬臂之上，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，太阳(yáng)系的运行速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度远远大(dà)于理论速度，那么产生(shēng)以(yǐ)上这种向心加速度(dù)的原(yuán)因很可能就是存在着一(yī)种我们看不到的(de)物(wù)质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星系(xì)聚(jù)集在(zài)了(le)一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来越多的研究人(rén)员开始(shǐ)相信暗物(wù)质的存在(zài)。科学家根(gēn)据(jù)星(xīng)系外(wài)恒星(xīng)轨(guǐ)道的(de)速度，估算在星系(xì)当中暗(àn)物(wù)质的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是(shì)唯一可以(yǐ)解释(shì)这个现象的原(yuán)因(yīn)。在一项(xiàng)新(xīn)的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎(hū)没有引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现(xiàn)速(sù)度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还(hái)发现了一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银河(hé)系不多，但是(shì)星(xīng)系当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河(hé)系的千(qiān)分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析。但(dàn)是科(kē)学家(jiā)们使用最先(xiān)进的望(wàng)远镜(jìng)对其进行(xíng)了(le)40个小时的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物(wù)质和力学(xué)定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任(rèn)何星系存(cún)在。造成这些现(xiàn)象的除了(le)暗(àn)物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是(shì)人类(lèi)对引力的理解还(hái)不够全面，引力(lì)很可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工(gōng)作(zuò)方式是不同(tóng)的，这意味着在(zài)行(xíng)星系(xì)尺度中(zhōng)的天(tiān)体会(huì)沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解的(de)方式运(yùn)动(dòng)。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科(kē)学家还引入(rù)了外部场效应的概念，指的(de)是在数百万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生(shēng)对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这意味(wèi)着我们需要对现在(zài)的物理定律进(jìn)行修(xiū)正，这些发现(xiàn)也让很多(duō)人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的(de)其他的理论证据(jù)，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的(de)“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这样的(de)星团，它们大(dà)部分的普通质量都(dōu)在(zài)星(xīng)系(xì)的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的时(shí)候(hòu)，星际气(qì)体(tǐ)的(de)相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将(jiāng)位于所有这(zhè)些(xiē)气体所在(zài)的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么来(lái)验证它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的(de)高清照片，在照片中我们可以明显地(dì)看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产(chǎn)生了(le)巨大(dà)的(de)形变。其实这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了(le)什么问题，而(ér)是这样极(jí)遥(yáo)远的天体和我们(men)地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后(hòu)更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可(kě)能是超大质(zhì)量的黑洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们(men)对子弹星系团观测(cè)的时候，发(fā)现它的大质量区(qū)域并不是(shì)在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释(shì)方法(fǎ)就是当星(xīng)团(tuán)发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到(dào)的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗(àn)物质(zhì)则直接(jiē)通(tōng)过了这个区域(yù)，并在两(liǎng)边形成了(le)引力(lì)透(tòu)镜。对(duì)子弹星(xīng)系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在(zài)的(de)迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的光(guāng)。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留下(xià)了各相同性的微(wēi)波辐射。其(qí)中(zhōng)红色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实(shí)际(jì)上它(tā)们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有万(wàn)分(fēn)之一。

科(kē)学家(jiā)们通过对前景背景分离后的二值(zhí)图像进行连通(tōng)域提(tí)取(qǔ)和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才(cái)变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的(de)暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就(jiù)很(hěn)好地解释(shì)了很多不同(tóng)的观测(cè)结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何(hé)其他的电磁作用(yòng)，只通过(guò)引力(lì)来(lái)相互作用(yòng)。所以如果能(néng)够找到这种粒(lì)子(zi)的存在，就相当于找到(dào)了(le)暗物质(zhì)存在的(de)实(shí)际(jì)证据。这种粒(lì)子(zi)到底(dǐ)是什么(me)？科学家们(men)已经提出(chū)了数十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目(mù)标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十年当(dāng)中，人(rén)类(lèi)为了寻找这些(xiē)看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常规物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物(wù)质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次(cì)的实验，却没有任何实(shí)质性(xìng)的发(fā)现(xiàn)，除了(le)一(yī)个地方(fāng)，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的(de)探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里(lǐ)的(de)科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个有趣(qù)的事情。探测(cè)率会在每(měi)年的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后在(zài)11月(yuè)降到最(zuì)低，而且在(zài)20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为这可能是人类发(fā)现(xiàn)暗(àn)物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质(zhì)会产生周期(qī)性的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河系(xì)进行移(yí)动，那么(me)如(rú)果暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速度在(zài)穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这个过程中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋(xuán自行惭秽的意思是什么意思，自行惭秽意思是什么)转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时间(jiān)，地(dì)球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一致的，而(ér)另外半年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流(liú)最快(kuài)的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银(yín)河系(xì)的平(píng)面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影响这(zhè)个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人员(yuán)们所观(guān)测到的周期性信号。当然也可(kě)能有其他(tā)的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号(hào)的差异(yì)也可能是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的(de)数(shù)量(liàng)也符(fú)合这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与(yǔ)之前的实(shí)验室(shì)正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一(yī)个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所(suǒ)存在的(de)非常有(yǒu)力的证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成不(bù)久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同，但它的(de)宽视场仪(yí)器提供(gōng)的视野是哈勃(bó)红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其(qí)中一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测的(de)结(jié)果，我们(men)只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的(de)诞(dàn)生(shēng)，或者说是生命进(jìn)化(huà)的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大前提(tí)是要(yào)先(xiān)找到(dào)暗物质存在的(de)实(shí)际(jì)证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持(chí)是(shì)我(wǒ)更新的动(dòng)力(lì)！

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