宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会存在科学(xué)无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究竟是(shì)什(shén)么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证(zhèng)据(jù)，科学家(jiā)们在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期(qī)实验，但(dàn)是却(què)没有发现任(rèn)何(hé)的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示(shì)了(le)宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道(dào)出现异常，不(bù)符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会(huì)知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未(wèi)知的天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄(shè)动它(tā)的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王星运行(xíng)轨道的(de)异常，推算并(bìng)且(qiě)发现了(le)海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力定律所取得重大天(tiān)文(wén)成(chéng)就(jiù)的例子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统(tǒng)的(de)尺(chǐ)度当中(zhōng)，可(kě)当(dāng)我们上升到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹(zī)威基正(zhèng)在(zài)研究和测量后发星系团的质量(liàng)。这是一个由数千个星(xīng)系所组成(chéng)的巨大星(xīng)系团，这些星系(xì)被(bèi)引(yǐn)力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系(xì)团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可(kě)以确定(dìng)其质(zhì)量的范围。

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

第二种是(shì)动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测(cè)量(liàng)星(xīng)系团中的各(gè)个星(xīng)系相(xiāng)对(duì)于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来(lái)之后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测(cè)量(liàng)速(sù)度的过程(chéng)中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星(xīng)系的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛(niú)顿(dùn)的运(yùn)动学定印信是什么意思？ 印信和书信一样吗律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见星系的质量(liàng)所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚在(zài)星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛(pāo)出(chū)星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力(lì)量在(zài)起作用，这(zhè)种(zhǒng)力(lì)量来(lái)源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹(zī)维基提(tí)出了这样部(bù)分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大(dà)部分的质(zhì)量(liàng)。只是当时的人(rén)们对这样的(de)一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特(tè)在观测仙(xiān)女(nǚ)座(zuò)星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度(dù)就(jiù)会越慢。但是他们观测(cè)的结果却让人感到不可思(sī)议(yì)。

随(suí)着与(yǔ)中心距离(lí)的(de)增加，恒星的(de)旋转速(sù)度几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在(zài)星系当(dāng)中如(rú)果没(méi)有足够(gòu)大的(de)质(zhì)量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们(men)会使用一种相对(duì)标准的方法来解(jiě)释暗物质(zhì)的存在(zài)，这种方法(fǎ)就是(shì)测量星系当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星(xīng)系中(zhōng)心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由暗物(wù)质的力(lì)量进(jìn)入(rù)其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测(cè)量了距(jù)离星系(xì)中心更远距离(lí)的氢元(yuán)素(sù)，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转速度并不(bù)符(fú)合牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不(bù)例外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系(xì)的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个实际速度(dù)远远大于(yú)理论速度，那(nà)么产生以上这种向(xiàng)心加速(sù)度的(de)原因(yīn)很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物质(zhì)，是(shì)这些暗物质的(de)引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人(rén)员(yuán)开始相(xiāng)信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系(xì)外恒星(xīng)轨(guǐ)道(dào)的速度，估算在星系当中暗物质(zhì)的(de)质量(liàng)占(zhàn)整个(gè)星(xīng)系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并(bìng)不是唯(wéi)一可以(yǐ)解释这个现象(xiàng)的(de)原(yuán)因(yīn)。在一项新的(de)研(yán)究当(dāng)中，科学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎(hū)没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天文学(xué)家还发现了(le)一个反(fǎn)常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星(xīng)系当(dāng)中存在(zài)的恒星数(shù)量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星系必须(xū)存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详细测量(liàng)之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常的物质和力(lì)学定律来(lái)解(jiě)释的。那么又有人(rén)提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一(yī)个大星系(xì)剥(bō)离(lí)了。奇怪(guài)的是，它的附近(jìn)没(méi)有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除了(le)暗物质的假说之外，另(lìng)一(yī)种可能就是人类对引力的理解还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作(zuò)方式是不同的(de)，这(zhè)意味(wèi)着在(zài)行星系尺度(dù)中的天体会沿(yán)着它们(men)的轨道，按(àn)照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和(hé)星(xīng)团的尺度，引力之间(jiān)的(de)相(xiāng)互作用则(zé)是不同的方式。对(duì)于在星(xīng)系团之(zhī)间的(de)相互作用，科(kē)学家还引入(rù)了外部(bù)场(chǎng)效应的概念，指的(de)是在数(shù)百(bǎi)万光年的(de)规模上(shàng)，巨大的质量之间会(huì)产生对彼(bǐ)此特殊的(de)效(xiào)果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味着(zhe)我们需要对现(xiàn)在(zài)的物理(lǐ)定(dìng)律进行(xíng)修(xiū)正，这(zhè)些(xiē)发现也(yě)让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存(cún)在的其他(tā)的(de)理(lǐ)论证据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是(shì)蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的(de)子(zi)弹星系(xì)团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系(xì)团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们大部(bù)分的普通质量都在(zài)星系的(de)气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的(de)相互作(zuò)用(yòng)就(jiù)会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹(dàn)星系团大(dà)部(bù)分(fēn)的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它(tā)的质量区域到底是不是集(jí)中在中间呢(ne)？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全彩的(de)高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明(míng)显地看到(dào)很多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸(shēn)产生(shēng)了巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天(tiān)体和我(wǒ)们地球上的观测(cè)者之间。被(bèi)一个质量超(chāo)级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东(dōng)西的(de)引力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发(fā)生了扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的(de)天体可能是超(chāo)大质量的(de)黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系团(tuán)观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大(dà)质量区域并(bìng)不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是(shì)当(dāng)星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的(de)质(zhì)量气(qì)体被卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物(wù)质则直接(jiē)通过(guò)了(le)这(zhè)个区(qū)域(yù)，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力(lì)透镜(jìng)研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当中最(zuì)古老(lǎo)的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅(chàng)通无阻地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间(jiān)背景上(shàng)留下(xià)了各相(xiāng)同性的(de)微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示温度较(jiào)高的(de)区域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对(duì)较冷的区域，但实际(jì)上它们之间的温(wēn)差(chà)只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通(tōng)域(yù)提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质(zhì)，图形(xíng)看起来不应该是这样(yàng)的，而随(suí)着暗物质(zhì)的增加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度(dù)会减(jiǎn)小，才变得(dé)看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物(wù)质大约是普通(tōng)物质的(de)5倍。这个数(shù)字(zì)与解(jiě)释星(xīng)系当中恒星(xīng)运动所(suǒ)需要的暗物(wù)质比例是一致(zhì)的。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了一个简单(dān)的理(lǐ)论(lùn)框架，就很(hěn)好地解释了很多(duō)不同(tóng)的(de)观(guān)测结果。而暗物质的本(běn)质(zhì)就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它(tā)们不参与任何其(qí)他的电磁作(zuò)用(yòng)，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当(dāng)于找到(dào)了暗物质存在(zài)的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什(shén)么？科学家们(men)已经(jīng)提出了数十(shí)种的假(jiǎ)想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需(xū)要的实验方式也不(bù)相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些(xiē)看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不(bù)会与常(cháng)规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质(zhì)性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地球上最大的(de)地(dì)学实(shí)验室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的(de)探测器，一直致(zhì)力(lì)于寻(xún)找暗物质粒(lì)子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了(le)20多年的(de)数(shù)据收集，人(rén)们(men)发现了一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每年都(dōu)是一(yī)样。一(yī)些科学家认为这可(kě)能是人(rén)类发现(xiàn)暗物质的(de)第一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么(me)暗(àn)物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了(le)太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的(de)速度围绕着银(yín)河(hé)系(xì)进行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在以这(zhè)样的速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方向与太阳环(huán)绕(rào)银河系的方向是一(yī)致的(de)，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而(ér)在(zài)6月份(fèn)的时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方(fāng)向正(zhèng)好达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系(xì)相对银河系的平面呈(chéng)现了(le)60度(dù)的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这(zhè)可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人员们(men)所(suǒ)观测到的周期性信号。当然(rán)也可能(néng)有其他(tā)的情(qíng)况，造(zào)成这种年(nián)度周期信号的(de)差异(yì)也可(kě)能是温度(dù)、湿印信是什么意思？ 印信和书信一样吗度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意(yì)大利游客的数量也符合(hé)这个(gè)周期(qī)的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里可以得到相(xiāng)同的(de)信号，就可以成为暗物(wù)质(zhì)所存在的非(fēi)常(cháng)有力(lì)的证(zhèng)据(jù)了。但是由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提(tí)供相(xiāng)应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发(fā)射一台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜(jìng)相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场仪器(qì)提供的视野(yě)是(shì)哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南(nán)希格(gé)雷(léi)斯罗曼太(tài)空望远镜其中一(yī)个关键的用(yòng)途(tú)就是探(tàn)索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测(cè)的结(jié)果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒(lì)子(zi)天体物理中心的(de)科(kē)学家丹(dān)琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗(àn)物质存(cún)在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的(de)诞生(shēng)，或者说是生(shēng)命进化的一个重要(yào)因(yīn)素(sù)。

如果这一理论得到进一步(bù)的(de)证实，那么遍(biàn)布(bù)宇(yǔ)宙(zhòu)当中的(de)暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)某(mǒu)个角落的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在通过(guò)这样(yàng)的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗(àn)物质(zhì)存在的(de)实际证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是我更新的动力(lì)！

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