宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会(huì)存在科(kē)学无法解(jiě)释的“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是(shì)什(shén)么？人类(lèi)为了寻找暗物质(zhì)存在(zài)的证据，科学家们在过(guò)去(qù)的几十(shí)年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却(què)没有发现任何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数(shù)学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它(tā)揭示了(le)宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现(xiàn)某些(xiē)天体运(yùn)行轨道(dào)出现异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时候(hòu)，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的(de)天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨(guǐ)道(dào)的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都(dōu)是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律所取得重大天文(wén)成(chéng)就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或者是星团的(de)尺度，事情(qíng)就(jiù)开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里(lǐ)茨(cí)兹(zī)威基(jī)正在(zài)研究和测量后发(fā)星系团的质量。这(zhè)是一个(gè)由数千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这(zhè)些星系被引力(lì)束(shù)缚在(zài)一起。测量星系团的质量(liàng)一般会(huì)使用到两种方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就可(kě)以确定其质量(liàng)的范(fàn)围(wéi)。

第一种是(shì)获(huò)得(dé)其"光(guāng)度(dù)学的质(zhì)量"，需要(yào)的数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学质量(liàng)的(de)计(jì)算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各(gè)个(gè)星系相对于星(xīng)系团(tuán)的运动速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座星系(xì)团有99%的(de)质量(liàng)消失(shī)了(le)，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量(liàng)并不(bù)以可见光(guāng)的(de)形(xíng)式所存在，我们(men)无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团(tuán)中很多星系(xì)的(de)速度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动学定律，菲律宾国土面积有多大，菲律宾国土面积有多少平方公里仅靠(kào)这(zhè)些可见星系的质量(liàng)所(suǒ)产(chǎn)生的(de)引力是无法将它(tā)们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系(xì)团(tuán)之外了，除(chú)非有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此，兹维基(jī)提出了这(zhè)样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但(dàn)是它(tā)们却占据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大(dà)部分的质量。只是当时的人们(men)对这样的(de)一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出(chū)现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离(lí)中(zhōng)心(xīn)越(yuè)远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引力(lì)定律，在星系(xì)当中(zhōng)如(rú)果没有足够大的质量来吸引它(tā)们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如(rú)果(guǒ)出现异常(cháng)的(de)结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距(jù)离星系(xì)中心(xīn)更远距离(lí)的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋转速度(dù)并不符合(hé)牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也(yě)不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距(jù)离银(yín)河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行(xíng)速(sù)度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论(lùn)速(sù)度(dù)，那么产生以上这种向心加速度的原(yuán)因很可能(néng)就(jiù)是存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物质的(de)引力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越(yuè)多的研究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗物质的(de)存在。科学家根(gēn)据(jù)星(xīng)系外恒(héng)星轨道的速度，估算在(zài)星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的(de)原因(yīn)。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不(bù)多，但是(shì)星(xīng)系当中存(cún)在的恒星数(shù)量却只有(yǒu)银河(hé)系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物(wù)质，否则(zé)就会(huì)分崩离(lí)析(xī)。但是科学(xué)家们使(shǐ)用最(zuì)先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用正常的(de)物质和力学(xué)定(dìng)律来解释(shì)的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥(bō)离(lí)了(le)。奇怪的(de)是，它的附(fù)近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是(shì)人(rén)类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是(shì)不(bù)同的(de)，这意(yì)味着在行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用(yòng)则是(shì)不同的方式。对于在星系团(tuán)之间(jiān)的相互作用，科(kē)学家(jiā)还(hái)引入了外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光年(nián)的(de)规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生(shē菲律宾国土面积有多大，菲律宾国土面积有多少平方公里ng)对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们(men)需要(yào)对现(xiàn)在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很(hěn)多人(rén)认为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就(jiù)此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当中还(hái)有关于暗物质(zhì)存在的(de)其(qí)他的理论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个(gè)碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样的星团，它们大部分的普通(tōng)质量(liàng)都在星系的(de)气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的(de)时候(hòu)，星际气体的相互作(zuò)用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在(zài)理(lǐ)论上(shàng)，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部(bù)分的(de)质量将位于(yú)所有这些气体所在的中间区域。那么我们(men)通过(guò)什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明显地(dì)看到很多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了(le)什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上(shàng)的(de)观测者之(zhī)间。被一个(gè)质(zhì)量(liàng)超级巨(jù)大(dà)的天体遮挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东西的引力，会(huì)使(shǐ)身(shēn)后更遥远星(xīng)系的(de)光都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个(gè)巨大的(de)天体可能是超大质(zhì)量的(de)黑洞或者是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的(de)大质量区(qū)域(yù)并不是在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以(yǐ)最好的(de)解释方(fāng)法就是当星(xīng)团发生全部(bù)的(de)碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过(guò)了(le)这个区域，并在两边形(xíng)成(chéng)了引力透(tòu)镜。对子弹星系(xì)团的(de)引力透镜研(yán)究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上留下了各相同(tóng)性(xìng)的(de)微波辐射(shè)。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则表示(shì)相(xiāng)对较冷的区域(yù)，但实际上它们之间的(de)温差(chà)只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通域提(tí)取(qǔ)和标(biāo)记之后发(fā)现，如(rú)果宇宙当(dāng)中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的(de)幅(fú)度(dù)会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质(zhì)比(bǐ)例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很好地解释(shì)了很多(duō)不同的观测结(jié)果。而(ér)暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的(de)电磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果能(néng)够找到这(zhè)种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒(lì)子(zi)到底是什(shén)么？科学(xué)家(jiā)们已经提出了(le)数十种的(de)假想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不(bù)同的(de)目(mù)标粒(lì)子所(suǒ)需要的(de)实验方式也(yě)不(bù)相同。在过(guò)去的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实(shí)验，却没有(yǒu)任(rèn)何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实验室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学(xué)家声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了(le)一(yī)个有趣的事情。探测(cè)率会在每(měi)年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一样。一些科(kē)学家认为(wèi)这可能是人类发(fā)现(xiàn)暗物质的(de)第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期(qī)性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着(zhe)银河系进(jìn)行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也(yě)在以这(zhè)样的(de)速度在穿越着暗物(wù)质流(liú)，这个(gè)过(guò)程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是(shì)一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太(tài)阳的方向正好达(dá)到完全一致，这(zhè)是(shì)理论上地(dì)球穿越(yuè)暗物(wù)质流(liú)最快的(de)时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个(gè)理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学家(jiā)认为这(zhè)可以用(yòng)来解释，研(yán)究人员们所观测到的周期(qī)性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异(yì)也可能(néng)是温度、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游(yóu)客(kè)的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质(zhì)流(liú)的运动特征和第一个实验室是一样(yàng)的(de)。

因此，如果在这里可(kě)以得到(dào)相同(tóng)的信(xìn)号(hào)，就可(kě)以成(chéng)为(wèi)暗物(wù)质所存在(zài)的非常有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截至(zhì)目(mù)前还无法提(tí)供相应的数据支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪(yí)器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用途就是(shì)探索暗(àn)物质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了(le)。费米实验室(shì)粒子天体物理中心(xīn)的(de)科(kē)学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存在(zài)，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说是(shì)生命(mìng)进化的一个(gè)重(zhòng)要因(yīn)素(sù)。

如果这一理论(lùn)得到进一步(bù)的证实，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质(zhì)会不会意味(wèi)着人类并不孤单(dān)呢(ne)？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某个角落的(de)行星上，暗物(wù)质(zhì)正在通(tōng)过这样的(de)效应(yīng)创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在(zài)的实(shí)际证据。那么(me)小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支(zhī)持(chí)是我更新的动力！

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