宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在(zài)科学无(wú)法解释的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据(jù)，科学(xué)家们在过去的(de)几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证(zhèng)据(jù)。除了一个地方，在(zài)1687年(nián)出版(bǎn)的自(zì)然哲学(xué)数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表了万(wàn)有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运(yùn)动的规律。往后的几百年来(lái)，当(dāng)天(tiān)文学家们(men)发现某些天体运行(xíng)轨道(dào)出(chū)现异常，不符合(hé)万有(yǒu)引力定律的(de)时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本(běn)勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都(dōu)是应用万有引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒(héng)星(xīng)系统(tǒng)的(de)尺度当中，可(kě)当(dāng)我(wǒ)们上升到星(xīng)系或者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事(shì)情就开(kāi)始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后发星系(xì)团的质量。这是一(yī)个(gè)由(yóu)数千(qiān)个星(xīng)系所组(zǔ)成的巨大(dà)星(xīng)系(xì)团，这(zhè)些星系被引力束(shù)缚(fù)在一起。测量星系(xì)团的质量一般会使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确(què)定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种是获得其"光度学(xué)的(de)质量(liàng)"，需要(yào)的数据是测量各(gè)个星系的(de)光度。

第二种是动力学(xué)质量的计算(suàn)，是利用光(guāng)谱红移(yí)测量星系团中的(de)各个星(xīng)系(xì)相(xiāng)对于星系团的运动(dòng)速度。当测(cè)量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的(de)质量并不(bù)以(yǐ)可见(jiàn)光的形(xíng)式(shì)所存在，我(wǒ)们无(wú)法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基(jī)发(fā)现星系团中很多星系的(de)速度(dù)比理(lǐ)论上要快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的(de)运动(dòng)学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生(shēng)的引(yǐn)力是(shì)无法将它们(men)束缚(fù)在星系团内的(de)，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之(zhī)外了，除非(fēi)有一种神秘(mì)的力量在(zài)起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来狗狗临死前为什么嚎叫，狗狗临死前放不下主人的表现(lái)源于某种隐形(xíng)的物(wù)质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可(kě)见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝(jué)大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时的人们(men)对这样(yàng)的(de)一种说法不(bù)屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远的(de)恒星(xīng)在其轨道上的运行速(sù)度就(jiù)会越慢。但是他们(men)观(guān)测的结(jié)果却(què)让(ràng)人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒(héng)星的(de)旋转速度几乎(hū)保持不变。可是(shì)根据牛顿(dùn)的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在(zài)星(xīng)系当中如果没有足够(gòu)大(dà)的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种现象，科(kē)学家(jiā)们(men)会使(shǐ)用一种相对标准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就是测量星(xīng)系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋(xuán)转速度(dù)。如果出(chū)现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们(men)通过射电(diàn)望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(de)旋转速度并不符合牛(niú)顿的(de)力学定律。我们(men)的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河系的(de)第(dì)三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有引力(lì)定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实(shí)际速(sù)度远远(yuǎn)大于理论速(sù)度，那么产生(shēng)以上这种向(xiàng)心(xīn)加速度的(de)原因很可能就(jiù)是存在着一种我(wǒ)们看(kàn)不到的(de)物质，是这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来(lái)越多的(de)研究人员(yuán)开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道(dào)的速(sù)度，估算在星系当中(zhōng)暗物(wù)质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不是唯一可(kě)以(yǐ)解释这个(gè)现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学(xué)家们(men)发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大(dà)约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的(de)恒星数量却只有(yǒu)银河系(xì)的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该(gāi)星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科学家(jiā)们使用最(zuì)先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动是可(kě)以用正(zhèng)常(cháng)的(de)物质和力(lì)学定律(lǜ)来(lái)解(jiě)释的(de)。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成这些现象的除了暗物质的(de)假说(shuō)之外，另(lìng)一种可(kě)能就(jiù)是人类对引力的理解还不够全面，引力很可(kě)能在(zài)不同尺度空间中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着(zhe)在(zài)行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们(men)的轨道，按照我们所理解(jiě)的(de)方式运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间(jiān)的相互作用(yòng)则是(shì)不同的(de)方(fāng)式。对于在星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，指(zhǐ)的是在数百万光年的规(guī)模上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意(yì)味着我们需要对现在的物(wù)理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似(shì)这样(yàng)的(de)星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系的气(qì)体(tǐ)当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的时(shí)候，星际气体的(d狗狗临死前为什么嚎叫，狗狗临死前放不下主人的表现e)相互作(zuò)用就(jiù)会导致温度(dù)的急(jí)剧升高，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这些(xiē)气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什(shén)么(me)来(lái)验证它的(de)质量区域到(dào)底是不是集中在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片(piàn)，在照片中我们可以明(míng)显地看到很(hěn)多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形(xíng)变。其实这些星(xīng)系本(běn)身并(bìng)不是真的被扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出(chū)了什(shén)么问题(tí)，而是这(zhè)样极遥远(yuǎn)的(de)天体和我们(men)地球上的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的(de)东(dōng)西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系(xì)的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨(jù)大的(de)天体可能是超大(dà)质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹(dàn)星系团观测的(de)时候，发现它(tā)的大(dà)质量区域并不是在中间(jiān)，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当(dāng)星团(tuán)发生全(quán)部的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的质(zhì)量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质(zhì)则(zé)直(zhí)接通过了这个区(qū)域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透(tòu)镜研(yán)究(jiū)也被认为(wèi)是暗物(wù)质存(cún)在(zài)的(de)迄今为(wèi)止最好的(de)理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留(liú)下(xià)了各相(xiāng)同(tóng)性的(de)微波(bō)辐射。其中红色的(de)部分表示温(wēn)度较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则表示(shì)相对(duì)较(jiào)冷的区域，但实(shí)际(jì)上它们(men)之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们(men)通过对(duì)前景背景(jǐng)分(fēn)离后的二值图像进(jìn)行连通域(yù)提(tí)取和标(biāo)记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图(tú)形(xíng)看起(qǐ)来不应(yīng)该是这(zhè)样的，而随着暗物(wù)质(zhì)的增(zēng)加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释(shì)了(le)很多不同的(de)观测(cè)结(jié)果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质(zhì)就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他(tā)的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于(yú)找到(dào)了暗(àn)物(wù)质存在的(de)实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的(de)目(mù)标粒子所需(xū)要的(de)实验方式也不(bù)相同。在过去的(de)几(jǐ)十(shí)年当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这些看(kàn)不(bù)见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们(men)已(yǐ)经进行了超过50次(cì)的实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个(gè)地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家(jiā)声称观(guān)测到了(le)某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多年的数(shù)据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探(tàn)测率会(huì)在每年(nián)的(de)6月份(fèn)达到(dào)峰值，然(rán)后在11月降到(dào)最低(dī)，而且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学家认为这可能(néng)是人(rén)类发(fā)现(xiàn)暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质会产生周期性(xìng)的(de)年(nián)度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着银河系进行移动(dòng)，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在(zài)以这样的速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物(wù)质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生(shēng)相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的(de)时间，地(dì)球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致(zhì)的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质(zhì)流最快的(de)时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在(zài)实(shí)际的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银(yín)河系(xì)的平(píng)面(miàn)呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解释(shì)，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信号(hào)。当(dāng)然(rán)也可能有其他的(de)情况，造成(chéng)这(zhè)种年(nián)度周期(qī)信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高(gāo)山(shān)上(shàng)的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半(bàn)球建立了(le)一个几乎(hū)相同的实验室，这里的季节与之前的(de)实验(yàn)室正好(hǎo)相反，而(ér)在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质流(liú)的运动特征和(hé)第一个实(shí)验室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质(zhì)所(suǒ)存(cún)在的非常有力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无(wú)法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一(yī)个关(guān)键的用途就(jiù)是探索暗物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于(yú)探(tàn)测的结果(guǒ)，我们只能(néng)拭目以待(dài)了(le)。费(fèi)米(mǐ)实(shí)验(yàn)室粒子天体物理中心的科(kē)学家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞生，或者说是生命(mìng)进(jìn)化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物质会不(bù)会(huì)意味着(zhe)人类并不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个(gè)角落的行星上，暗物质正在(zài)通(tōng)过这样的效应创造(zào)生命。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大前提是要(yào)先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质到底存(cún)不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的(de)支持是我更新的动力(lì)！

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