宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为何会存(cún)在科学无(wú)法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么(me)？人类为(wèi)了寻找暗物质存(cún)在的证据(jù)，科学(xué)家(jiā)们在过去的几十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验，但(dàn)是(shì)却没有发现任何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨(sà)克牛(niú)顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的(de)几百(bǎi)年(nián)来，当天文学(xué)家们发现某些天体运行轨道出(chū)现(xiàn)异(yì)常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星(xīng)运行轨道的异常，推(tuī)算并且(qiě)发现(xiàn)了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是应(yīng)用(yòng)万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的(de)尺度(dù)当中，可当我们上升(shēng)到星(xīng)系或者是(shì)星团的尺度(dù)，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后发星系(xì)团(tuán)的质(zhì)量(liàng)。这(zhè)是一(yī)个由数(shù)千(嗤笑的意思qiān)个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚(fù)在一(yī)起。测量(liàng)星系(xì)团的质(zhì)量一(yī)般会(huì)使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就可(kě)以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要(yào)的数据是测量(liàng)各个(gè)星系的光度(dù)。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利(lì)用(yòng)光谱红移测量星系团中的(de)各个星系相对于星系(xì)团的运动速(sù)度。当测量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵了(le)，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学(xué)质(zhì)量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的(de)是(shì)，在(zài)测量速度的(de)过程中，兹(zī)威(wēi)基发现星系团中(zhōng)很多星系的(de)速度(dù)比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系(xì)的(de)质量所产生的引力是无法将它们(men)束缚在星(xīng)系团内的(de)，它们(men)早就(jiù)应该被抛出(chū)星系团(tuán)之外了，除非有一种神(shén)秘的(de)力量在(zài)起作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的(de)暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的(de)人们对这(zhè)样(yàng)的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在(zài)观测(cè)仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却(què)让(ràng)人感到不可思议。

随(suí)着与(yǔ)中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的(de)旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够(gòu)大的质量(liàng)来吸引它们(men)，这些外围的恒(héng)星(xīng)早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对(duì)标准的方(fāng)法来解释暗物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距(jù)离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度(dù)。如果出现异(yì)常的结(jié)果，就认为(wèi)是由暗物(wù)质的力量(liàng)进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距离星系中(zhōng)心更远距(jù)离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不(bù)符合(hé)牛顿的(de)力学定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也(yě)不例外，太阳系位(wèi)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(jì)算，太阳系的(de)运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速(sù)度远远(yuǎn)大于理论速度(dù)，那么产(chǎn)生(shēng)以(yǐ)上这(zhè)种向(xiàng)心加速度的原因(yīn)很(hěn)可能就是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物(wù)质的(de)引力效应将星系聚(jù)集在(zài)了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来(lái)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(héng)星轨道的速度，估(gū)算在(zài)星系当(dāng)中暗物质的质量(liàng)占整(zhěng)个星系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并(bìng)不(bù)是唯一可以(yǐ)解(jiě)释这个(gè)现象的原因。在(zài)一(yī)项新的(de)研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年(nián)，大(dà)小和银河系不(bù)多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数(shù)量却只有银河(hé)系的千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系(xì)必(bì)须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是(shì)科学家们(men)使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的(de)详细(xì)测(cè)量之(zhī)后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用正常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星(xīng)系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近的另(lìng)一个(gè)大(dà)星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任(rèn)何星(xīng)系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就(jiù)是人类对(duì)引力的理解还(hái)不(bù)够(gòu)全面，引力很可(kě)能在不(bù)同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的(de)天体会沿着它们的(de)轨道，按照我们所(suǒ)理解的(de)方式运动。但是上升到(dào)星系和(hé)星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的相互(hù)作(zuò)用则是不同的方式(shì)。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科(kē)学家还引入了(le)外部场效应(yīng)的(de)概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上(shàng)，巨(jù)大的质(zhì)量之间会产生对(duì)彼此特殊(shū)的效果，这个理论(lùn)叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这意味(wèi)着(zhe)我们需要对现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现(xiàn)也让很多人认(rèn)为(wèi)暗(àn)物质假说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证(zhèng)据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气体(tǐ)的(de)相互作用就会(huì)导致温度的(de)急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大(dà)部分(fēn)的质量将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气(qì)体所(suǒ)在的(de)中间区(qū)域。那么(me)我们通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回(huí)了(le)宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以明显地看到很(hěn)多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些(xiē)星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什(shén)么问题(tí)，而(ér)是这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上的观测(cè)者之嗤笑的意思间。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨大的(de)天体遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的(de)东(dōng)西的(de)引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可(kě)能(néng)是超(chāo)大质量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当人们(men)对子(zi)弹星系团观测(cè)的时候(hòu)，发现它(tā)的大(dà)质量区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团(tuán)发生全部(bù)的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气(qì)体(tǐ)被(bèi)卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)的引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被认(rèn)为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下(xià)了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部(bù)分(fēn)表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷(lěng)的(de)区(qū)域，但实际上它(tā)们之间的温差只(zhǐ)有万(wàn)分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后的二(èr)值图像进(jìn)行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没(méi)有(yǒu)暗物(wù)质，图形看(kàn)起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了(le)匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们需要的(de)暗物质大约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解释(shì)星(xīng)系当中恒星运动所(suǒ)需要(yào)的(de)暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了一个简单(dān)的理论框架(jià)，就很好地解释了很多(duō)不同的(de)观测结果。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒(lì)子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过(guò)引力来(lái)相(xiāng)互(hù)作用。所以如(rú)果能够找到这(zhè)种粒子的存在(zài)，就相当于找到(dào)了暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的实际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，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(bù)相同。在过去的几十年(nián)当中，人类(lèi)为了(le)寻找这些(xiē)看不见、摸不到(dào)，几乎不会(huì)与常规物(wù)质相互(hù)作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的(de)实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到了(le)某种信号。经过(guò)了20多(duō)年的(de)数据收(shōu)集(jí)，人们(men)发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而且在20年(nián)当中每(měi)年都是一样。一些(xiē)科学家认为这(zhè)可能是人类发现(xiàn)暗物(wù)质的第一(yī)个直接证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗物质(zhì)会(huì)产生(shēng)周期性的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了(le)太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这个过程中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太(tài)阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳(yáng)环(huán)绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球(qiú)穿(chuān)越(yuè)暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度的(de)倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的(de)有效性。

因此科学(xué)家认为这可(kě)以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到的周(zhōu)期性(xìng)信号(hào)。当(dāng)然也可能(néng)有其(qí)他的情况，造(zào)成这种年(nián)度周期信号(hào)的差(chà)异(yì)也可能是(shì)温(wēn)度、湿(shī)度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连(lián)意大利游(yóu)客(kè)的数量也符合这个周期(qī)的(de)规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实(shí)验室，这里的(de)季节(jié)与(yǔ)之(zhī)前的实验室(shì)正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流(liú)的运(yùn)动特征(zhēng)和第(dì)一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可(kě)以(yǐ)得到相同的(de)信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这个(gè)实(shí)验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的(de)宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃(bó)红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中(zhōng)一个关键的用途(tú)就是(shì)探索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中(zhōng)心(xīn)的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们(men)极(jí)有可能(néng)拥有另一种神秘的(de)效应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因(yīn)素(sù)。

如(rú)果(guǒ)这一理(lǐ)论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味(wèi)着人类并(bìng)不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某(mǒu)个角落(luò)的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的(de)效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗(àn)物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支(zhī)持是我(wǒ)更新的动力！

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