宇宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为何(hé)会存在(zài)科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人(rén)类为了(le)寻找暗物质(zhì)存在的证据，科(kē)学(xué)家(jiā)们在过去的几十年(nián)当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发现(xiàn)任何(hé)的有效证据。除(chú)了一个地方(fāng)，在1687年出版的(de)自然哲学数学原(yuán)理一书(shū)中，埃萨克牛顿发(fā)表了万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律，它(tā)揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当(dāng)天(tiān)文学家们(men)发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力(lì)定律的时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知(zhī)的天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄(shè)动它的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通过天(tiān)王星(xīng)运行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推算(suàn)并(bìng)且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的(de)发现(xiàn)都是应(yīng)用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成(chéng)就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系(xì)统(tǒng)的尺度(dù)当中，可当我们上升到(dào)星系或者是星团的(de)尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发星系团的(de)质(zhì)量。这是(shì)一个由数千个(gè)星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引(yǐn)力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量(liàng)星(xīng)系团的(de)质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可(kě)以确定其质(zhì)量的(de)范围。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光度(dù)。

第(dì)二种(zhǒng)是动力(lì)学质量的计算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移测量星系团(tuán)中的各个星系(xì)相对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系(xì)团中很(hěn)多星系的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学(xué)定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚在(zài)星系团内的(de)，它(tā)们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘的(de)力量在起作用，这(zhè)种力(lì)量来源于某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提出了(le)这样部分不可(kě)见的(de)暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸光(guāng)、反射光，但是它(tā)们却(què)占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分的(de)质量。只是(shì)当时(shí)的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再(zài)一次(cì)出现。天文(wén)学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在(zài)观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距(jù)离中心越(yuè)远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们观测(cè)的结果却让人感到不(bù)可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的(de)万有引力定(dìng)律，在星系(xì)当中如果没有足够(gòu)大的(de)质量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了(le)。基于这(zhè)种现象，科(kē)学家们会使用一(yī)种相对标准的(de)方法来解(jiě)释(shì)暗物质的(de)存在，这种方法就是测量星(xīng)系当中(zhōng)气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星系中(zhōng)心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电望(wàng)远镜(jìng)测(cè)量了(le)距离星系(xì)中(zhōng)心更远距离的氢元素，发(fā)现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们(men)的太(tài)阳系也不(bù)例外(wài)，太阳系位于银河系(xì)的(de)第三悬臂(bì)之上，距离银河(hé)系中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引力(lì)定律(lǜ)进(jìn)行计算，太阳系(xì)的(de)运行(xíng)速度应该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度(dù)围绕银(yín)河系旋(xuán)转，这个实际速度(dù)远远大(dà)于理论速度，那么(me)产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加速度(dù)的原因很可能(néng)就是存在着一种我们看不到(dào)的(de)物质，是这些暗(àn)物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了(le)一起。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究人(rén)员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质(zhì)的存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道(dào)的(de)速度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这(zhè)个现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎(hū)没(méi)有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速(sù)度上的微小差(chà)异。另外，天(tiān)文学家还发(f夷洲今是何地，夷洲是哪里ā)现了一个反(fǎn)常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的(de)恒星数量却只有(yǒu)银河系(xì)的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进的望远镜对(duì)其(qí)进行(xíng)了(le)40个(gè)小时的详细测(cè)量(liàng)之后，发(fā)现星系中的(de)恒星运动(dòng)是可以用正(zhèng)常的(de)物质和力学定律来解释的。那么(me)又有人(rén)提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象(xiàng)的(de)除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度(dù)空(kōng)间(jiān)中的(de)工(gōng)作方式是不同(tóng)的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体会(huì)沿着它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们(men)所理解(jiě)的方式运动。但是上升(shēng)到(dào)星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不同的方式。对于在星系团之间的(de)相互作用，科学家还(hái)引入(rù)了外部场效应的(de)概念，指(zhǐ)的是(shì)在数百万(wàn)光年的规(guī)模上，巨(jù)大的(de)质(zhì)量(liàng)之间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这(zhè)意味着我们(men)需要(yào)对现(xiàn)在的物理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗(àn)物质存在的其他(tā)的理论证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没(méi)法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们(men)大(dà)部分的普通质量都在(zài)星系的气体当(dāng)中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互(hù)作用就会导致温度的急剧升高，速度大(dà)幅(fú)降低(dī)。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团大部(bù)分的质量(liàng)将位于(yú)所(suǒ)有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我们(men)通(tōng)过什么(me)来验证它的质量区域到(dào)底是不是(shì)集中在中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们(men)可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大(dà)的形变。其实这(zhè)些星系本(běn)身并不是(shì)真的被扭曲(qū)了(le)，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么(me)问题，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和我们(men)地球上的观(guān)测者之间。被一(yī)个质量超级(jí)巨大的(de)天体遮挡，这个超(chāo)大质量(liàng)的东(dōng)西的引力(lì)，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现象(xiàng)就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大(dà)的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时(shí)候(hòu)，发现它(tā)的大质量区域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时(shí)，可(kě)被观测到(dào)的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团(tuán)的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的迄今为止最好的(de)理论(lùn)证据(jù)。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可(kě)以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空(kōng)间背(bèi)景上留下(xià)了各相同性的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部(bù)分表示温(wēn)度较(jiào)高的(de)区域，蓝色(sè)则表示相对(duì)较冷(lěng)的区(qū)域(yù)，但实(shí)际上它们之(zhī)间(jiān)的温差只有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家们(men)通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而(ér)随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质大约是(shì)普通(tōng)物质的(de)5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释(shì)星系(xì)当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了(le)一个简单(dān)的理论框架，就(jiù)很(hěn)好(hǎo)地解释了很多不同(tóng)的观测(cè)结(jié)果。而暗物(wù)质的本(běn)质就是宇宙当中存(cún)在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何其他(tā)的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据。这(zhè)种粒(lì)子到底是什么(me)？科学家们已(yǐ)经(jīng)提出了数(shù)十种的假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)不同的目(mù)标粒子(zi)所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十(shí)年当中，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物(wù)质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实(shí)验(yàn)，却(què)没(méi)有任(rèn)何实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼高的探测器(qì)，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的(de)科学家声(shēng)称观测(cè)到了某种信(xìn)号。经(jīng)过(guò)了20多年(nián)的数据收(shōu)集，人们发(fā)现了(le)一个有趣的(de)事情(qíng)。探(tàn)测(cè)率(lǜ)会在每(měi)年的6月份达(dá)到(dào)峰值，然后在11月降到最低(dī)，而(ér)且在20年(nián)当中每年都是(shì)一样。一(yī)些科学家认为这可能(néng)是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗物(wù)质会(huì)产生周期性(xìng)的(de)年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物(wù)质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速度(dù)在(zài)穿越着(zhe)暗物(wù)质流，这(zhè)个过程(chéng)中会产(chǎn)生相应的振(zhèn)荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的(de)方向是一(yī)致的(de)，而另外半年则(zé)与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿越暗(àn)物(wù)质流(liú)最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好达到(dào)了(le)最(zuì)慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人员们(men)所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造(zào)成这种年度周期(qī)信号(hào)的差异也可(kě)能是温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大(dà)利(lì)游客的(de)数量也符合这(zhè)个周(zhōu)期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又在南半球建立了一(yī)个几乎相同(tóng)的(de)实验室，这里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而(ér)在这里，地(dì)球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一(yī)个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可(kě)以得到相(xiāng)同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的(de)证据了(le)。但(dàn)是由于(yú)这个(gè)实验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所(suǒ)以截(jié)至目(mù)前还(hái)无法(fǎ)提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望(wàng)远镜，这台太(tài)空(kōng)望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供的(de)视野是哈勃(bó)红外(wài)仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我们(men)只能拭目以待了。费米实(shí)验室(shì)粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们(men)极有可能拥有(yǒu)另一种神(shén)秘(mì)的效应，这种暗物质(zhì)效应，会(huì)支(zhī)持(chí)宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化(huà)的一(yī)个(gè)重要因素(sù)。

如果这一理论(lùn)得到进一(yī)步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中的暗物质(zhì)会不(bù)会意味着(zhe)人类并不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效应(yīng)创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这些推(tuī)论的(de)大前(qián)提是要(yào)先找到暗物质存(cún)在(zài)的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得(dé)暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动(dòng)力！

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