宇宙是“人(rén)为制造”的(de)？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过去的(de)几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但是(shì)却没有发(fā)现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲学数(shù)学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了万有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天文(wén)学家们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常(cháng)，不(bù)符合万有引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的天体通(tōng)过引力在(zài)摄动它的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了(le)海(hǎi)王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应(yīng)用万有引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大(dà)天文成(chéng)就(jiù)的例子。但是这些(xiē)发现都是(shì)在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到(dào)星(xīng)系(xì)或者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里(lǐ)茨(cí)兹威基(jī)正在研究(jiū)和(hé)测(cè)量后发(fā)星系团的质量(liàng)。这(zhè)是一个(gè)由(yóu)数千个(gè)星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系(xì)团的质量一(yī)般(bān)会使用到(dào)两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可(kě)以确定其质量的范围(wéi)。

第一(yī)种是获得(dé)其"光度学的(de)质(zhì)量"，需(xū)要的数据是测(cè)量各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测(cè)量星系(xì)团中的各个星(xīng)系相对于星(xīng)系团的运动速(sù)度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学(xué)质量”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后发(fā)座(zuò)星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的(de)质(zhì)量并(bìng)不以可见光的形式所存(cún)在，我们无法看到(dào)。最诡异的是(shì)，在测量速(sù)度的(de)过程中，兹威(wēi)基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理(lǐ)论上要(yào)快得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可(kě)见(jiàn)星(xīng)系的(de)质量所产生的引力(lì)是(shì)无法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早就应该被抛(pāo)出星系(xì)团之(zhī)外了(le)，除非(fēi)有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的(de)物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样(yàng)的(de)一种说法不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特(tè)在(zài)观测(cè)仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但(dàn)是他们观(guān)测的结果却让人感到(dào)不可思议。

随(suí)着(zhe)与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根(gēn)据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系(xì)当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引它(tā)们(men)，这(zhè)些外围(wéi)的恒星(xīng)早就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释(shì)暗(àn)物质的(de)存在，这种方法就是(shì)测量(liàng)星系当中气(qì)体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗(àn)物(wù)质(zhì)的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心(xīn)更远距离(lí)的氢(qīng)元素，发现它们的旋(xuán)转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于(yú)银河系(xì)的第(dì)三悬(xuán)臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳(yáng)系(xì)正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远远(yuǎn)大(dà)于(yú)理论速度，那么产生以(yǐ)上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在着(zhe)一(yī)种我们看不(bù)到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物质的引(yǐn)力效应将(jiāng)星系(xì)聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究人(rén)员开始相信(xìn)暗物质的存在(zài)。科(kē)学家(jiā)根据(jù)星(xīng)系外恒星轨道的速(sù)度，估(gū)算在星系当(dāng)中暗物质的(de)质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不(bù)是唯一可(kě)以(yǐ)解释这个(gè)现象(xiàng)的原因。在(zài)一项(xiàng)新的研究当中，科(kē)学家们(men)发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也会出现(xiàn)速(sù)度(dù)上的微小差异(yì)。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不(bù)多，但是星(xīng)系当(dāng)中存(cún)在的恒星数量(liàng)却只有银(yín)河(hé)系的千分之一。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该(gāi)星系必须(xū)存在暗物质(zhì)，否则(zé)就会分崩离析。但是科学(xué)家们使(shǐ)用(yòng)最先进的(de)望远(yuǎn)镜(jìng)对(duì)其进行了40个小时的详细(xì)测(cè)量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动(dòng)是(shì)可以用正常(cháng)的物质和力(lì)学定(dìng)律来解释的(de)。那么又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近(jìn)的另一(yī)个大星(xīng)系剥离了。奇怪的(de)是，它(tā)的(de)附近没有任(rèn)何星(xīng)系存在。造成这(zhè)些现象的除了(le)暗物质的(de)假说之外，另一种可能(néng)就是(shì)人类(lèi)对引力(lì)的理解还不够全(quán)面(miàn)，引力(lì)很可能在不(bù)同尺度空间中的(de)工作(zuò)方式是不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们(men)所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不(bù)同的方(fāng)式(shì)。对于在星系团之间的(de)相互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概(gài)念(niàn)，指的是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的(de)质量之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们(men)需要对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质(zhì)假说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还(hái)有关(guān)于暗(àn)物(wù)质存(cún)在的(de)其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径(jì贵州海拔高度是多少ng)向(xiàng)距(jù)离为37亿光(guāng)年的子弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星(xīng)系团(tuán)所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普通质(zhì)量都在星(xīng)系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致(zhì)温度(dù)的急剧升高，速度大(dà)幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团大(dà)部(bù)分的质量将位于(yú)所有这些气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们(men)通过什(shén)么来验证它的质量区(qū)域(yù)到底是不(bù)是集(jí)中在中间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以明(míng)显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其(qí)实这些星系本身并(bìng)不是真的(de)被(bèi)扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什(shén)么(me)问题，而是这样(yàng)极(jí)遥远的天(tiān)体和我们地(dì)球上的(de)观测(cè)者之间(jiān)。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了(le)扭曲(qū)。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨大的(de)天(tiān)体可能是(shì)超大质量的(de)黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观测的时(shí)候，发(fā)现它的(de)大(dà)质量区(qū)域并不是(shì)在中间，而是(shì)在两侧(cè)。所(suǒ)以最(zuì)好的(de)解释(shì)方法就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的(de)质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则(zé)直接通过了这个区(qū)域，并(bìng)在两边(biān)形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透(tòu)镜(jìng)研究也(yě)被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好(hǎo)的理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当(dāng)中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留(liú)下了(le)各(gè)相同(tóng)性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表(biǎo)示温度较高的(de)区域，蓝(lán)色(sè)则表示相对(duì)较冷的区域，但(dàn)实际上它(tā)们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们(men)通过(guò)对前景(jǐng)背景分离后的(de)二值(zhí)图像进行连(lián)通(tōng)域(yù)提(tí)取和(hé)标(biāo)记之(zhī)后发(fā)现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看(kàn)起来不(bù)应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐射的测(cè)量值，我们(men)需要的暗物质(zhì)大约(yuē)是普通(tōng)物质的(de)5倍。这个数字与解释(shì)星(xīng)系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的暗(àn)物质比例是一致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很好(hǎo)地解释(shì)了(le)很多不同的观测(cè)结果。而暗物质的(de)本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中存在(zài)着(zhe)某种类型的粒子，它们(men)不参与(yǔ)任(rèn)何其他(tā)的(de)电磁作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒(lì)子的存在，就相当于找到了(le)暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科(kē)学家们已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目(mù)标(biāo)，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方式也(yě)不相同。在过(guò)去的(de)几(jǐ)十年当中，人类(lèi)为(wèi)了(le)寻找这些(xiē)看不见、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与常规(guī)物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进(jìn)行(xíng)了(le)超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的(de)发现，除了一个地方(fāng)，意大(dà)利的(de)格兰萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏(cáng)着地(dì)球(qiú)上最大的地学实(shí)验室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个(gè)三层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家(jiā)声称(chēng)观测到了某(mǒu)种信号。经过了(le)20多(duō)年的数据(jù)收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一个有趣的(de)事情(qíng)。探测(cè)率(lǜ)会在每年的(de)6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低(dī)，而(ér)且在(zài)20年(nián)当中每年都是(shì)一样。一些科(kē)学家认为这可能(néng)是人类发现暗(àn)物质的第(dì)一(yī)个直接证据。

但是为什么(me)暗物质会产生(shēng)周期性的(de)年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了(le)太(tài)阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那(nà)么(me)如果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们(men)也(yě)在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这(zhè)个过程(chéng)中会产(chǎn)生相应的振(zhèn)荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳(yáng)的(de)方向与太阳环绕(rào)银(yín)河(hé)系的方向是一(yī)致的，而另外(wài)半年则与(yǔ)之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方向正好达到完全一致，这是理论(lùn)上(shàng)地(dì)球穿(chuān)越暗物质流最快的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效性。

因(yīn)此科(kē)学家认为(wèi)这(zhè)可以用来解释(shì)，研(yán)究人员们(men)所观测到的(de)周期性信号。当然(rán)也(yě)可能有其他的(de)情况，造成这种年度(dù)周(zhōu)期(qī)信号(hào)的差异(yì)也可(kě)能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高(gāo)山(shān)上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游(yóu)客的数(shù)量也(yě)符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同(tóng)的(de)实(shí)验(yàn)室，这里的季(jì)节与之前的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以(yǐ)得到相同(tóng)的信号，就可(kě)以(yǐ)成(chéng)为(wèi)暗物质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是(shì)由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还无法提供相应(yīng)的数(shù)据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供(gōng)的视野(yě)是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远镜其中一(yī)个关(guān)键的(de)用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们(men)只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子(zi)天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如(rú)果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物(wù)质(zhì)效(xiào)应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这(zhè)一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的(de)暗物质会不(bù)会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质(zhì)正在通过(guò)这样的效应(yīng)创造(zào)生命。当然，这些推论的(de)大前提(tí)是要先找到暗(àn)物质存在(zài)的(de)实际证(zhèng)据(jù)。那么(me)小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得(dé)暗物(wù)质(zhì)到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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