宇宙是“人为制造(zào)”的？为(wèi)何会存在科(kē)学(xué)无法解释的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存(cún)在的证据(jù)，科学(xué)家们在过(guò)去的几十年(nián)当(dāng)中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除(chú)了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲(zhé)学(xué)数学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不(bù)符合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时候，他(tā)们就会(huì)知道，周围一(yī)定有未知的(de)天体通过引(yǐn)力在摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维(wéi)耶(yé)就(jiù)通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了(le)海王星的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是应用万有引力定(dìng)律所取(qǔ)得重(zhòng)大天文成就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发(fā)现都是在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中，可(kě)当我们上升(shēng)到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星系团(tuán)的质量。这是一(yī)个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会使用到(dào)两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一(yī)致，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需要的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是(shì)动(dòng)力学(xué)质量(liàng)的计算，是利用(yòng)光谱红(hóng)移(yí)测量星系团(tuán)中的各个星(xīng)系(xì)相对于星系团的(de)运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度(dù)学质量”的(de)400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到(dào)。最诡异(yì)的(de)是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系(xì)的(de)速度比理论上要快得多(duō)，按(àn)照牛(niú)顿的(de)运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所(suǒ)产生的(de)引(yǐn)力是无法将它们(men)束缚(fù)在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之(zhī)外(wài)了(le)，除非有(yǒu)一种神秘的力(lì)量在起作用，这(zhè)种力量(liàng)来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出了这样部分不可(kě)见的暗(àn)质(zhì)，它(tā)不发散光(guāng)、吸(xī)光(guāng)、反(fǎn)射光(guāng)，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再(zài)一(yī)次(cì)出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙(xiān)女座星系(xì)中(zhōng)的恒星运动。理论(lùn)上(shàng)来说(shuō)，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道(dào)上的运行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人感到不(bù)可思议。

随着(zhe)与中心距离的增(zēng)加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿的万有引力(lì)定律(lǜ)，在星(xīng)系当中如果没(méi)有足够大的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家们会使用一(yī)种相对标(biāo)准的(de)方法来解(jiě)释暗物(wù)质的存在，这种方法就是测(cè)量星(xīng)系当中气体在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中心的距(jù)离(lí)，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗(àn)物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距(jù)离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素(sù)，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂(bì)之上(shàng)，距(jù)离银河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运行速度应该(gāi)是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河系(xì)旋转，这个实际速度(dù)远远大于理(lǐ)论(lùn)速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速(sù)度(dù)的原因很可能就是存在着一种我们(men)看不到的(de)物质，是这些暗(àn)物质的引力效应将星系聚(jù)集(jí)在(zài)了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质(zhì)的存在。科学家根(gēn)据星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速度，估(gū)算在(zài)星系(xì)当中(zhōng)暗物质(zhì)的质(zhì)量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在(zài)一(yī)项新的(de)研究当中，科学家们(men)发现，几乎(hū)没(méi)有引力(lì)效(xiào)应的(de)遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的(de)微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却(què)只(zhǐ)有(yǒu)银(yín)河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该(gāi)星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学家们(men)使(shǐ)用(yòng)最先进(jìn)的望远镜(jìng)对其进行了40个小时(shí)的详细测量之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的(de)恒星运动是(shì)可以用正(zhèng)常(cháng)的物质(zhì)和力(lì)学(xué)定律来解释的(de)。那么(me)又有人(rén)提出(chū)，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近(jìn)的另(lìng)一个大星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物(wù)质的假说之(zhī)外，另一(yī)种可(kě)能就是(shì)人类对引力的理解还不够全面，引力很可能(néng)在不同尺度空间(jiān)中(zhōng)的工作方(fāng)式是不(bù)同的，这意(yì)味着在行星系(xì)尺度中(zhōng)的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我(wǒ)们(men)所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的相互作用则是(shì)不同的方式(shì)。对(duì)于在(zài)星系团之间(jiān)的(de)相互作用，科(kē)学家还引入(rù)了外部场效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的(de)规模上，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会产生对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味着我们(men)需要对现(xiàn)在的(de)物理定(dìng)律进行修(xiū)正，这些(xiē)发现(xiàn)也让很多人认为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论就(jiù)此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系团，由两个(gè)碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普通质量都(dōu)在星系(xì)的气(qì)体当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致(zhì)温度(dù)的急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部(bù)分的(de)质量将位于所有这些气体所在的中间区域(yù)。那么我(wǒ)们通过什么(me)来(lái)验证它(tā)的质量(liàng)区(qū)域到底是不是(shì)集(jí)中在中(zhōng)间呢(ne)？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全(quán)彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多(duō)星系(xì)似乎被拉(lā)伸产生了(le)巨大(dà)的(de)形(xíng)变。其实这些星(xīng)系本身并不是(shì)真的被扭曲了(le)，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了什么问(wèn)题，而是这样(yàng)极遥(yáo)远的天体(tǐ)和(hé)我们地球上的(de)观测者(zhě)之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的东(dōng)西(xī)的引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星(xīng)系的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们(men)对子弹星系团观测的(de)时候，发(fā)现它的(de)大质量区域并(bìng)不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法(fǎ)就(jiù)是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这(zhè)个区(qū)域，并(bìng)在两边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质存(cún)在(zài)的迄今(jīn)为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之后，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了(le)130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的微波(bō)辐(fú)射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的(de)区域，但实际(jì)上(shàng)它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前(qián)景背景分离后的(de)二值图像(xiàng)进(jìn)行连通域提(tí)取和(hé)标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不应该是这样(yàng)的，而(ér)随着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一(yī)些峰(fēng)值的幅度会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的测(cè)量值，我们需(xū)要的暗物质(zhì)大约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很(hěn)好地解释(shì)了很多不同的(de)观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物(wù)质存(cún)在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么(me)？科学家们(men)已经(jīng)提出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要的(de)实(shí)验方式也(yě)不相同。在过去(qù)的几十(shí)年(nián)当中，人类为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质(zhì)相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了(le)超过(guò)50次的实验，却没有任(rèn)何实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的(de)地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大(dà)的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层楼高的探测器，一(yī)直(zhí)致(zhì)力(lì)于寻找暗物(wù)质粒子的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科(kē)学家(jiā)声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发(fā)现了(le)一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到(dào)最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每(měi)年都是(shì)一样。一些科学家认(rèn)为这可(kě)能是(shì)人(rén)类发现暗物(wù)质的第一(yī)个直(zhí)接(jiē)证据(jù)。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期性的年度信(xìn)号(hào)呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕(rào)着银河系进行移动(dòng)，那么如(rú)果(guǒ)暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味着(zhe)我们也(yě)在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会(huì)产(chǎn)生相应的振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以(yǐ)30公(gōng)里/秒的(de)速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是一致的(de)，而另外半(bàn)年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在6月份的(de)时候(hòu)，地球与太阳的(de)方向(xiàng)正好(hǎo)达(dá)到完(wán)全(quán)一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了(le)最慢(màn)值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来(lái)解释，研究(jiū)人(rén)员(yuán)们(men)所(suǒ)观测(cè)到的周期性信号。当然(rán)也可能(néng)有其他的情况(kuàng)，造(zào)成这种年度周期信号的差异(yì)也可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客的数(shù)量(liàng)也符合(hé)这(zhè)个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的(de)实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流(liú)的运动(dòng)特征和第一个实验室(shì)是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得到相(xiāng)同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但(dàn)是由于这个实(shí)验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目(mù)前还(hái)无(wú)法提(tí)供(gōng)相应的数据支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发(fā)射(shè)一台新的(de)望远镜(jìng)，这(zhè)台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中一(yī)个关(guān)键的用途就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒(lì)子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特(tè)芬研(yán)究发现，如果暗(àn)物质存(cún)在(zài)，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙当中生命更岁交子是什么意思，古代交子是什么意思(mìng)的诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命进化的一(yī)个(gè)重要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物(wù)质(zhì)会不(bù)会意味着人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物(wù)质(zhì)正在通过这样的效应创(chuàng)造(zào)生命(mìng)。当然，这些推论的大前(qián)提是(shì)要先找到暗物质存(cún)在的实际(jì)证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更(gèng)新的(de)动力！

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