宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科(kē)学无法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存(cún)在的证(zhèng)据，科学家们在过(guò)去的几十年当中进行了(le)超过50次的(de)长(zhǎng)期实验，但是却没有(yǒu)发(fā)现(xiàn)任何(hé)的(de)有效(xiào)证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数(shù)学(xué)原理一(yī)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(zhòu)中天体运动的规(guī)律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们(men)发现某些天(tiān)体运行轨道(dào)出(chū)现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时(shí)候，他(tā)们就会知道，周围一定有未(wèi)知(zhī)的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是应(yīng)用万有引(yǐn)力定律所取得重(zhòng)大(dà)天文(wén)成就的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们(men)上升到星系或(huò)者(zhě)是星团的尺度(dù)，事(shì)情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威(wēi)基正(zhèng)在研究和测量(liàng)后(hòu)发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨(jù)大星系(xì)团(tuán)，这些(xiē)星系被引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结(jié)果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是(shì)测量各(gè)个星系的(de)光度。

第二种是(shì)动(dòng)力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移(yí)测(cè)量星系团中的各个星系相(xiāng)对(duì)于星系团(tuán)的(de)运动速(sù)度(dù)。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系(xì)团有99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者说这99%的(de)质量(liàng)并不以可(kě)见光的形(xíng)式(shì)所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论(lùn)上要(yào)快(kuài)得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的(de)质量所产生(shēng)的引力是(shì)无法将它(tā)们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的(de)力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出(chū)了(le)这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却(què)占据(jù)着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当(dāng)时的人们(men)对(duì)这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他们观测(cè)的(de)结(jié)果却让人(rén)感到不可思(sī)议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持(chí)不变(biàn)。可是根据牛顿的(de)万有引力(lì)定律，在(zài)星系(xì)当中如(rú)果没(méi)有足(zú)够大的质量来(l圣诞节可以同房吗，元旦节可以同房吗ái)吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了(le)。基(jī)于这种现象，科学家们(men)会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗(àn)物质的存在(zài)，这种方法就是测(cè)量(liàng)星系当(dāng)中气体在(zài)X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出现异常(cháng)的结(jié)果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测(cè)量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发(fā)现它们(men)的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银河(hé)系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有(yǒu)引力定(dìng)律进行计算(suàn)，太(tài)阳系的运行速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原(yuán)因很(hěn)可(kě)能就(jiù)是存(cún)在(zài)着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星(xīng)系聚集在了(le)一起。

也是从这(zhè)时(shí)开始，越来越(yuè)多的研究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质(zhì)的存在。科(kē)学家(jiā)根据星系外(wài)恒星轨道的(de)速度，估算在星(xīng)系当中(zhōng)暗物质的(de)质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中，科学(xué)家(jiā)们(men)发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银(yín)河系不多，但(dàn)是星系当中存在(zài)的(de)恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家们使(shǐ)用(yòng)最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒星运动是(shì)可(kě)以(yǐ)用正(zhèng)常的物质和力(lì)学定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么又有(yǒu)人(rén)提(tí)出，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗(àn)物质，已经被(bèi)附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它(tā)的附近没有任何星(xīng)系存在。造成这些(xiē)现象(xiàng)的(de)除了暗物(wù)质(zhì)的假说之外(wài)，另一种可能就是人类对引(yǐn)力(lì)的理解还不够全面(miàn)，引(yǐn)力很可能在不(bù)同尺(chǐ)度空间中的(de)工作方式是不同的，这意味着在(zài)行(xíng)星系尺度中(zhōng)的天(tiān)体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到(dào)星系和星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作用(yòng)则是不同的方(fāng)式(shì)。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入(rù)了外部场效(xiào)应(yīng)的概念，指的(de)是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生对(duì)彼此特殊的效果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需(xū)要对现在的物(wù)理(lǐ)定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很多人认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存在(zài)的其(qí)他(tā)的(de)理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系(xì)团，由两个(gè)碰撞的(de)星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大(dà)部分的普(pǔ)通质量都在(zài)星(xīng)系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的(de)时候，星(xīng)际(jì)气体的相互作用就(jiù)会导致温(wēn)度的急(jí)剧升高，速(sù)度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部(bù)分的(de)质(zhì)量(liàng)将位(wèi)于所(suǒ)有这(zhè)些气体(tǐ)所在的(de)中间区域。那么我们(men)通过什(shén)么来(lái)验证(zhèng)它的质量区域(yù)到底是不是(shì)集中在中间(jiān)呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了(le)宇宙当(dāng)中(zhōng)第一(yī)张全彩(cǎi)的(de)高(gāo)清照片，在照片中我们可(kě)以(yǐ)明显地看到很多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸产生了(le)巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观(guān)测者之(zhī)间。被(bèi)一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这个(gè)巨大的(de)天体可能是超大质量的(de)黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当(dāng)人们(men)对(duì)子弹星系(xì)团观测的(de)时候，发现它(tā)的大质量区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的(de)质量气(qì)体被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过(guò)了这个(gè)区域，并(bìng)在两(liǎng)边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团的(de)引(yǐn)力(lì)透镜研究也(yě)被认为是暗(àn)物(wù)质存(cún)在的迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之(zhī)后，可(kě)见光(guāng)终于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留(liú)下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红(hóng)色(sè)的部(bù)分表示温度(dù)较(jiào)高的区域，蓝(lán)色则表示相对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实际上(shàng)它(tā)们之(zhī)间的(de)温差(chà)只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离(lí)后的二值(zhí)图像进行连通域(yù)提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物(wù)质，图形看起(qǐ)来不应该(gāi)是这(zhè)样的，而(ér)随着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些(xiē)峰值(zhí)的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物质大约(yuē)是普(pǔ)通物质的(de)5倍(bèi)。这个(gè)数字与解(jiě)释星系当中恒星运(yùn)动所需(xū)要(yào)的(de)暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理论框架，就(jiù)很好地解(jiě)释(shì)了很(hěn)多不同的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的(de)本质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不(bù)参(cān)与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能(néng)够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到(dào)底是什(shén)么？科学家们已经提出了数十种的(de)假想目(mù)标，而要寻找这些不(bù)同的目(mù)标粒子所需(xū)要的实验方(fāng)式也不相(xiāng)同。在过去的(de)几十(shí)年当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸(mō)不(bù)到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学(xué)家们已经进行了超过50次的实验，却(què)没(méi)有任何实(shí)质性的发(fā)现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的(de)地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年的(de)数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣(qù)的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年(nián)当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为(wèi)这(zhè)可能(néng)是人类发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会(huì)产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进(jìn)行移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着我(wǒ)们也在(zài)以(yǐ)这样的速(sù)度在穿越着暗物质流(liú)，这个过(guò)程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕(rào)银河系的方(fāng)向是一(yī)致的，而另外(wài)半年则(zé)与(yǔ)之相反。

而在6月份的(de)时候，地球(qiú)与(yǔ)太(tài)阳的方(fāng)向正(zhèng)好达到(dào)完全一致，这(zhè)是理(lǐ)论上(shàng)地球穿(chuān)越暗物(wù)质流最快(kuài)的时段(duàn)。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的(de)情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银河系的平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科(kē)学家(jiā)认为这可以用来解释，研(yán)究人员们所观测到的周(zhōu)期性信(xìn)号(hào)。当然也可(kě)能有其(qí)他的情况，造(zào)成这种年度周期信(xìn)号的差异(yì)也可能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的(de)积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量(liàng)也(yě)符(fú)合(hé)这个周期的规律。

所以，科(kē)学(xué)家们又在南半球建立了一个(gè)几乎(hū)相同的(de)实(shí)验室，这里的季节(jié)与之前的实(shí)验室(shì)正好(hǎo)相反，而(ér)在(zài)这里，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流的运(yùn)动特征和(hé)第一个(gè)实验(yàn)室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的(de)信号，就可(kě)以(yǐ)成为(wèi)暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力的(de)证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目(mù)前还无法提供相(xiāng)应的数据(jù)支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜(jìng)，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈(hā)勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的10圣诞节可以同房吗，元旦节可以同房吗0倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于(yú)探测的(de)结(jié)果，我们(men)只能拭目(mù)以待(dài)了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有(yǒu)另一种神秘(mì)的效应(yīng)，这种暗(àn)物质效(xiào)应(yīng)，会(huì)支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说是生命(mìng)进化的(de)一个重要(yào)因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味着(zhe)人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过(guò)这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉得(dé)暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持(chí)是我更(gèng)新(xīn)的动力(lì)！

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