宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在(zài)的证据(jù)，科学(xué)家们在过去的几十年当中进行了超(chāo)过50次(cì)的(de)长期实验，但是却(què)没有发现任何的有效证据(jù)。除(chú)了一(yī)个(gè)地(dì)方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表(biǎo)了(le)万有引力定律，它(tā)揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的规(guī)律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当天文学家们发(fā)现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的时候，他(tā)们(men)就会知(zhī)道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的天体通(tōng)过引力在摄动它的(de)轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可当我(wǒ)们(men)上(shàng翡翠手镯用紫光照为什么会有荧光，翡翠镯子太阳光下有紫色荧光)升(shēng)到星系或者是(shì)星(xīng)团的尺(chǐ)度，事(shì)情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研(yán)究和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所(suǒ)组成的(de)巨大(dà)星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测(cè)量星系(xì)团的质量一般会(huì)使用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一致，就可以确(què)定其质量(liàng)的范围。

第一种是获(huò)得其(qí)"光(guāng)度(dù)学的(de)质(zhì)量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个(gè)星系相对于(yú)星系团的运动速(sù)度。当测(cè)量结果出来之后(hòu)，兹(zī)威(wēi)基(jī)彻底懵(měng)了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说(shuō)这99%的质量并不以(yǐ)可见光(guāng)的形(xíng)式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最诡异(yì)的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的(de)速(sù)度比理论(lùn)上要快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系(xì)的质(zhì)量所(suǒ)产(chǎn)生的(de)引力(lì)是(shì)无(wú)法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早就应该被抛出(chū)星(xīng)系团之外(wài)了(le)，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力量在(zài)起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不(bù)可见的(de)暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据(jù)着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的(de)一种说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文(wén)学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特在观(guān)测仙女座(zuò)星系中的(de)恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道上的运行(xíng)速度(dù)就会越慢。但(dàn)是他(tā)们观测(cè)的结果却让(ràng)人感到(dào)不可思议。

随(suí)着与中心距离的(de)增(zēng)加，恒(héng)星的(de)旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿的(de)万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没有足够(gòu)大的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于(yú)是科学家(jiā)们通(tōng)过射电望(wàng)远镜测(cè)量了距离星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发(fā)现它们(men)的(de)旋(xuán)转速度并(bìng)不(bù)符(fú)合牛(niú)顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系(xì)位于(yú)银(yín)河系的第三悬臂(bì)之(zhī)上，距(jù)离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太(tài)阳系的(de)运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这(zhè)个(gè)实际速度远远(yuǎn)大于理论速(sù)度，那(nà)么产生以上这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在着一(yī)种我们看不(bù)到的物质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的(de)引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也(yě)是从(cóng)这时开始，越(yuè)来(lái)越多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道(dào)的(de)速度(dù)，估(gū)算在星系当中暗物(wù)质的质(zhì)量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解(jiě)释这(zhè)个(gè)现象的(de)原因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们(men)发(fā)现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现(xiàn)速(sù)度上的微(wēi)小差(chà)异。另外(wài)，天文学家还发现了(le)一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河系不多，但(dàn)是星系当中(zhōng)存在(zài)的恒星数量却只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但(dàn)是(shì)科学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行(xíng)了(le)40个小时(shí)的详细(xì)测量(liàng)之后，发现星(xīng)系中的(de)恒星(xīng)运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人(rén)提出，也(yě)许(xǔ)该星(xīng)系的暗物(wù)质，已经(jīng)被(bèi)附近的另一个(gè)大(dà)星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星系(xì)存在。造成这些现象(xiàng)的除(chú)了暗(àn)物(wù)质的假说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引力(lì)的理解还不够(gòu)全(quán)面，引力很(hěn)可能在(zài)不(bù)同尺度(dù)空间中的工(gōng)作(zuò)方式是(shì)不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但(dàn)是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不(bù)同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家还(hái)引入(rù)了外部(bù)场效应(yīng)的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特(tè)殊(shū)的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这(zhè)意味(wèi)着我们需要(yào)对现在(zài)的物(wù)理定律进行修正(zhèng)，这些发现也(yě)让很多人认(rèn)为(wèi)暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还有关(guān)于(yú)暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的(de)星(xīng)系团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它(tā)们大部(bù)分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温度(dù)的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系团大部(bù)分(fēn)的质量将位(wèi)于所有这些气(qì)体所在的中间区域(yù)。那么(me)我们通过(guò)什么来验(yàn)证它的质量区域到(dào)底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照片(piàn)中我们可以明显地看到(dào)很(hěn)多(duō)星系似乎(hū)被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大(dà)的形变(biàn)。其实这些(xiē)星系本(běn)身并(bìng)不(bù)是真的(de)被扭曲了(le)，也不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什么问(wèn)题，而是(shì)这(zhè)样极遥远的天(tiān)体和我们地球(qiú)上的观测(cè)者(zhě)之(zhī)间。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大(dà)质量的(de)东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这(zhè)个现象(xiàng)就是引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的(de)天(tiān)体可能是(shì)超大质量的(de)黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人(rén)们(men)对子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的(de)大质量区域(yù)并不是在中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方法就是(shì)当星团(tuán)发(fā)生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到(dào)的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过(guò)了这个区域，并在(zài)两边形(xíng)成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究(jiū)也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为(wèi)止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光(guāng)终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年(nián)之后，这(zhè)些(xiē)光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背(bèi)景上(shàng)留下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温度(dù)较高的区域(yù)，蓝色则表示(shì)相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但实际上它们(men)之间的(de)温(wēn)差(chà)只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离后的(de)二值图像进(jìn)行连通域提取(qǔ)和标(biāo)记之后(hòu)发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看(kàn)起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些翡翠手镯用紫光照为什么会有荧光，翡翠镯子太阳光下有紫色荧光峰值的幅(fú)度会减小，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙(zhòu)微波(bō)背(bèi)景辐射的测(cè)量值(zhí)，我(wǒ)们需(xū)要的暗物(wù)质大约是普通物质(zhì)的(de)5倍。这(zhè)个数字与解释(shì)星系当(dāng)中恒星运(yùn)动所需(xū)要的暗(àn)物质比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了一个(gè)简单的理论框(kuāng)架，就很好地(dì)解释了很多不同的观测结果。而暗物质的(de)本(běn)质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着(zhe)某种类型的粒子(zi)，它们不参(cān)与任何其他的(de)电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。这种粒子到底是什(shén)么？科(kē)学(xué)家们(men)已(yǐ)经提(tí)出了数十种的(de)假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这些不同的目标粒子所需(xū)要的实验(yàn)方(fāng)式(shì)也不相(xiāng)同。在过(guò)去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与(yǔ)常规(guī)物质相互(hù)作用的“暗物(wù)质”，科学家们(men)已经(jīng)进行了超过(guò)50次的实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了(le)一(yī)个地(dì)方(fāng)，意(yì)大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的(de)地下矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球(qiú)上(shàng)最(zuì)大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三(sān)层楼(lóu)高的探测(cè)器，一直致(zhì)力于寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科(kē)学家声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且(qiě)在(zài)20年当(dāng)中(zhōng)每(měi)年(nián)都是一样。一些科(kē)学(xué)家认为这可能是人类(lèi)发现暗(àn)物(wù)质的第一(yī)个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什么(me)暗物(wù)质会产(chǎn)生周期性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会(huì)产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向(xiàng)是(shì)一致的，而另外半年(nián)则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方(fāng)向(xiàng)正(zhèng)好达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流(liú)最(zuì)快(kuài)的时(shí)段。而在(zài)11月(yuè)份(fèn)，又(yòu)恰好达到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况中，太(tài)阳系相对银河系的平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的(de)有效性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解(jiě)释，研(yán)究人员们(men)所(suǒ)观测到的周期性信号(hào)。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期(qī)信号的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大利(lì)游客的(de)数量(liàng)也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里的(de)季节与(yǔ)之前(qián)的(de)实验室正好相反，而(ér)在(zài)这(zhè)里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质流的运动特征和(hé)第一(yī)个实验(yàn)室是(shì)一(yī)样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这(zhè)里可以(yǐ)得(dé)到(dào)相同的信号(hào)，就(jiù)可以成(chéng)为暗(àn)物(wù)质(zhì)所存在(zài)的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法(fǎ)提供(gōng)相应(yīng)的(de)数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台太(tài)空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪器提供(gōng)的(de)视野(yě)是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的(de)结(jié)果(guǒ)，我(wǒ)们(men)只能拭目以(yǐ)待了。费米实验(yàn)室(shì)粒(lì)子天体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物(wù)质存在，它们极有可能拥(yōng)有另一(yī)种神秘的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进(jìn)化(huà)的(de)一(yī)个重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个(gè)角落的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通过(guò)这样的(de)效应创造生命。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大前(qián)提是(shì)要先(xiān)找到暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存(cún)不存(cún)在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更(gèng)新的动力！

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