宇宙是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会存(cún)在科(kē)学无法解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什么？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在(zài)的(de)证据(jù)，科学家(jiā)们在过(guò)去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现(xiàn)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(shū)中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引(yǐn)力(lì)定律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律(lǜ)。往后(hòu)的几百年来，当天(tiān)文(wén)学家们发现(xiàn)某些天体运(yùn)行轨道出(chū)现异(yì)常，不符(fú)合万有引力(lì)定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围(wéi)一定有未(wèi)知的(de)天体(tǐ)通(tōng)过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是应用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得(dé)重大天(tiān)文成(chéng)就的例(lì)子。但是(shì)这(zhè)些发现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可(kě)当(dāng)我们上升(shēng)到(dào)星系或(huò)者是星团(tuán)的尺度，事(shì)情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家(jiā)弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是(shì)一个由(yóu)数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般会使用到(dào)两种方法，当(dāng)两(liǎng)种方法结(jié)果一致，就可以确定其质量的(de)范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需(xū)要(yào)的数(shù)据是测量各个星系的光度。

第(dì)二(èr)种是动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量(liàng)星(xīng)系团中的各个星系(xì)相对于星(xīng)系(xì)团的运动速度(dù)。当测量结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量(liàng)并不以可见光的形式所存(cún)在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是(shì)，在测量(liàng)速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系团中很(hěn)多星系(xì)的(de)速(sù)度比理论上要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可(kě)见星系的质量(liàng)所产生(shēng)的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛出星系团之(zhī)外(wài)了(le)，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了(le)这(zhè)样(yàng)部分(fēn)不可见的(de)暗(àn)质，它不发散光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但是它们(men)却(què)占(zhàn)据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时的(de)人们对(duì)这样的一(yī)种说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个(gè)词(cí)才再(zài)一(yī)次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特(tè)在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着(zhe)与中心距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的(de)旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来(lái)吸(xī)引它们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家们(men)会使用一(yī)种相对标准(zhǔn)的方(fāng)法来解释暗(àn)物质(zhì)的存在，这种方(fāng)法就是(shì)测量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心(xīn)的距(jù反射弧包括哪五个部分，反射弧包括哪五个部分顺序)离(lí)，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的(de)力量(liàng)进入(rù)其中。

于是科学家们通(tōng)过(guò)射电望远镜测(cè)量(liàng)了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它们(men)的旋转速(sù)度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例(lì)外(wài)，太阳系(xì)位于银(yín)河系的第(dì)三(sān)悬臂之(zhī)上，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太(tài)阳(yáng)系正在以220千米/秒的(de)速(sù)度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远(yuǎn)大于理论速(sù)度，那么(me)产生以上(shàng)这(zhè)种向(xiàng)心加速(sù)度(dù)的原因很(hěn)可能(néng)就是存在着一种我们看(kàn)不到(dào)的物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应将星系聚集(jí)在了(le)一起。

也是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科(kē)学家根据(jù)星(xīng)系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在星系当(dāng)中暗物质(zhì)的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是(shì)唯一可以解释(shì)这个现象的(de)原因。在一项新的(de)研究(jiū)当中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离(lí)析(xī)。但(dàn)是(shì)科学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可(kě)以(yǐ)用正常(cháng)的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该(gāi)星(xīng)系的暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另一(yī)个大(dà)星系剥离了(le)。奇怪(guài)的(de)是，它的附近没(méi)有任何星系(xì)存(cún)在。造成这些(xiē)现象的除了暗(àn)物质(zhì)的假说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就是人(rén)类对引(yǐn)力的理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但(dàn)是(shì)上升到(dào)星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的(de)方式。对(duì)于在星系团之间的(de)相互作用(yòng)，科(kē)学(xué)家还引入了外(wài)部场效应的概念，指的是(shì)在数百万(wàn)光年的(de)规(guī)模上，巨大的质(zhì)量(liàng)之间会产(反射弧包括哪五个部分，反射弧包括哪五个部分顺序chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对现(xiàn)在(zài)的物理(lǐ)定律进(jìn)行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终结(jié)。但(dàn)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，这些理论证据是(shì)蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成，类似(shì)这(zhè)样的星(xīng)团，它们大(dà)部分的普通质(zhì)量都在(zài)星系的气体(tǐ)当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发(fā)生(shēng)碰(pèng)撞的(de)时候，星际气体的(de)相互作用就会(huì)导(dǎo)致温度的(de)急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在(zài)理(lǐ)论上(shàng)，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所有这些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们通过什(shén)么来(lái)验证它的质量区(qū)域到底是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高(gāo)清照(zhào)片(piàn)，在照(zhào)片中我们可(kě)以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦伯(bó)望远镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大(dà)质量(liàng)的东西的引力(lì)，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是引力(lì)透(tòu)镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大(dà)质量的(de)黑洞(dòng)或者是(shì)暗物质。

所以当人们对(duì)子弹(dàn)星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是(shì)当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被认为(wèi)是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除(chú)此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留(liú)下了各(gè)相同性(xìng)的微(wēi)波辐射。其中红色的部分(fēn)表(biǎo)示温(wēn)度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域(yù)，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学家(jiā)们通过(guò)对(duì)前景背景分离后的二值图像进(jìn)行(xíng)连通域提(tí)取和标记(jì)之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗物质(zhì)，图形看起来不应该(gāi)是(shì)这样(yàng)的，而随着暗物质(zhì)的增(zēng)加(jiā)，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐(xié)”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的测(cè)量(liàng)值，我们需(xū)要的暗(àn)物(wù)质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字(zì)与(yǔ)解(jiě)释星系(xì)当中恒(héng)星运动(dòng)所需要的(de)暗(àn)物质比例(lì)是一致(zhì)的(de)。这(zhè)就意味着。

用了(le)一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地(dì)解释了很多不同的观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他(tā)的(de)电(diàn)磁(cí)作(zuò)用，只通过引力来(lái)相互作(zuò)用。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到(dào)这种粒子(zi)的存在(zài)，就相当于找到(dào)了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的(de)假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同。在过去(qù)的几(jǐ)十(shí)年当中，人类(lèi)为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行(xíng)了超过(guò)50次的(de)实(shí)验，却没有任何实(shí)质性的(de)发现，除了一(yī)个(gè)地方，意(yì)大利的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来(lái)，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了(le)一个有趣的(de)事情。探测率(lǜ)会在每年(nián)的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在(zài)20年当(dāng)中(zhōng)每年都是一样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质(zhì)会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进(jìn)行移动(dòng)，那么如(rú)果暗物质存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着我们(men)也在(zài)以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流(liú)，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的(de)方向(xiàng)是(shì)一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地(dì)球穿(chuān)越暗(àn)物质流最(zuì)快的时(shí)段。而(ér)在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)的情(qíng)况中，太阳系(xì)相对(duì)银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不(bù)影(yǐng)响这个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释(shì)，研究人员们所观测到的周(zhōu)期(qī)性信号。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家(jiā)们又在南半球(qiú)建立(lì)了(le)一个几(jǐ)乎相同(tóng)的(de)实验室，这里的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而(ér)在(zài)这(zhè)里，地球穿过暗(àn)物质流(liú)的运(yùn)动特征和第一(yī)个(gè)实验室是一样(yàng)的。

因(yīn)此(cǐ)，如(rú)果在这里可以得到相同的信号，就可(kě)以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在(zài)的非常有力的证据了。但(dàn)是(shì)由于(yú)这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以截至目前(qián)还无法提(tí)供相应的数据(jù)支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的(de)望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野(yě)是哈勃(bó)红外仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途(tú)就(jiù)是探(tàn)索(suǒ)暗物质背(bèi)后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中(zhōng)心(xīn)的科学家(jiā)丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯特芬研究(jiū)发(fā)现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生(shēng)命的(de)诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在(zài)通过(guò)这样的效应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先(xiān)找到暗(àn)物(wù)质存在的实际(jì)证(zhèng)据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得暗物质到(dào)底(dǐ)存(cún)不存在呢(ne)？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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