宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的(de)几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的(de)有效(xiào)证据(jù)。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运(yùn)动的(de)规(guī)律。往后的几百年来(lái)，当(dāng)天文(wén)学(xué)家们发现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现异常，不(bù)符合万有(yǒu)引力(lì)定律的时候(hòu)，他们(men)就会知道(dào)，周围一定有未(wèi)知(zhī)的(de)天体通过引力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律所取得重大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们(men)上升到星系或(huò)者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情就(jiù)开(kāi)始变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研究和测(cè)量后(hòu)发星系团的质量。这是一(yī)个(gè)由(yóu)数(shù)千个星系所(suǒ)组成的(de)巨(jù)大星系团，这些(xiē)星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在一(yī)起(qǐ)。测(cè)量星系(xì)团的质量一般会使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一(yī)致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的光度。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移(yí)测量星系团(tuán)中(zhōng)的各个星系相对于(yú)星系团的运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基(jī)彻(chè)底懵(měng)了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不(bù)以(yǐ)可见光的(de)形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的(de)是，在测(cè)量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星(xīng)系团中很多星系(xì)的速(sù)度比(bǐ)理论上要快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的引力是(shì)无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系团(tuán)之外了，除(chú)非有一种神秘的力(lì)量在起作用(yòng)，这种力(lì)量(liàng)来源(yuán)于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维(wéi)基提(tí)出了这样(yàng)部(bù)分不可见的暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝(jué)大部分的质(zhì)量。只是当时的人们(men)对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现(xiàn)。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒(héng)星运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒(héng)星在其(qí)轨道上的运行速(sù)度就会越(yuè)慢。但(dàn)是他们(men)观测的结果却(què)让(ràng)人(rén)感到(dào)不可(kě)思议。

随着与中心(xīn)距(jù)离的增加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足(zú)够大的质量来吸(xī)引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科(kē)学(xué)家们会使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准(zhǔn)的方法来解释暗物(wù)质的存(cún)在，这种方法就(jiù)是测量星系(xì)当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及(jí)在(zài)Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转速度。如(rú)果出现异(yì)常的结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电望远镜测量了(le)距离星系中心更远距离(lí)的氢(qīng)元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不(bù)符(fú)合牛顿的(de)力学(xué)定律。我(wǒ)们的(de)太(tài)阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河(hé)系(xì)的(de)第(dì)三(sān)悬臂之上，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系(xì)的(de)运(yùn)行速(sù)度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太(tài)阳系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河系(xì)旋转，这个实际速(sù)度远远(yuǎn)大于(yú)理论速度(dù)，那么(me)产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度(dù)的原因很(hěn)可能就(jiù)是存(cún)在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚(jù)集(jí)在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的(de)研(yán)究(jiū)人员开始相信(xìn)暗物(wù)质的存(cún)在。科学(xué)家根(gēn)据星系外(wài)恒星(xīng)轨道的速度，估(gū)算(suàn)在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可(kě)以解(jiě)释这(zhè)个现象的原因。在(zài)一项(xiàng)新的(de)研(yán)究(jiū)当中，科学家(jiā)们(men)发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会(huì)出现速(sù)度(dù)上的微小差异(yì)。另(lìng)外，天文学家还发现了一(yī)个(gè)反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系(xì)不多(duō)，但是星系当中(zhōng)存在的恒星(xīng)数量(liàng)却只(zhǐ)有银河系的千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该(gāi)星系必(bì)须存在暗物质，否则(zé)就会分(fēn)崩离析(xī)。但是科学(xué)家们使(shǐ)用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量之后，发(fā)现星系中的(de)恒(héng)星运动是(shì)可以(yǐ)用正常(cháng)的物质和(hé)力学定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么又有人(rén)提(tí)出，也(yě)许该星系的(de)暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存在。造(zào)成这些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种(zhǒng)可(kě)能就是人类(lèi)对(duì)引力的理解还不(bù)够全(quán)面(miàn)，引力很可能在不同尺度空(kōng)间(jiān)中(zhōng)的(de)工作方式是不(bù)同的，这意(yì)味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式(shì)运动。但是上(shàng)升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的(de)相互作用则是(shì)不同的方式(shì)。对(duì)于在星系(xì)团之间的相互作用，科学家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这意味着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修(xiū)正(zhèng)，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理论就此终结(jié)。但是(shì)在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物质存在(zài)的其他的理论证据(jù)，这(zhè)些理论(lùn)证据是蒙德理论所(suǒ)没(méi)法解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的(de)子弹星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)星系团所组(zǔ)成，类似(shì)这样(yàng)的星团，它们大部分的(de)普(pǔ)通质量都在星系(xì)的气(qì)体(tǐ)当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的(de)急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星(xīng)系团大部(bù)分的质量将位于所凉风席席的是什么意思，凉风席席是成语吗(suǒ)有这(zhè)些(xiē)气体所(suǒ)在(zài)的(de)中间(jiān)区域。那么我们通过什么来(lái)验证它的(de)质量区域到(dào)底是(shì)不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清(qīng)照片(piàn)，在(zài)照片中我们可以明(míng)显地看到(dào)很多星系(xì)似乎(hū)被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的(de)形变。其实这些(xiē)星系本身并不是(shì)真的被扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和(hé)我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大(dà)质量的东西(xī)的(de)引(yǐn)力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星(xīng)系(xì)的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这(zhè)个(gè)巨大的(de)天(tiān)体可能(néng)是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹星系团(tuán)观(guān)测的(de)时(shí)候，发现(xiàn)它的大(dà)质量(liàng)区域并(bìng)不(bù)是在中间(jiān)，而是(shì)在两侧(cè)。所以最好的解释方法就是(shì)当星(xīng)团发生全部的(de)碰撞时，可被(bèi)观测到的质(zhì)量气体被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物质则(zé)直接通(tōng)过了这个(gè)区域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系(xì)团(tuán)的(de)引力(lì)透镜(jìng)研究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据(jù)。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各相同(tóng)性(xìng)的(de)微波辐(fú)射(shè)。其中红色(sè)的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示(shì)相对较冷的区域，但实际(jì)上(shàng)它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分(fēn)离后的二值图像进行连通域提取和标记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看(kàn)起来(lái)不应该是这样的(de)，而随着(zhe)暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要(yào)的暗物质大约是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星系当(dāng)中恒星(xīng)运(yùn)动所需(xū)要(yào)的暗物质比(bǐ)例是(shì)一致(zhì)的。这就意味着。

用(yòng)了(le)一个(gè)简(jiǎn)单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地(dì)解释了(le)很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的(de)本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它(tā)们(men)不参与任(rèn)何其他的(de)电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这种(zhǒng)粒子的存(cún)在(zài)，就(jiù)相(xiāng)当于找(zhǎo)到了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已(yǐ)经提出(chū)了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式(shì)也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科(kē)学家们(men)已经进行了(le)超过50次的实(shí)验，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一个(gè)地方(fāng)，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球上最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层楼(lóu)高的(de)探(tàn)测器，一(yī)直(zhí)致力于寻(xún)找暗(àn)物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的(de)科(kē)学家(jiā)声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信(xìn)号(hào)。经过了(le)20多年(nián)的数据(jù)收集，人们发现(xiàn)了(le)一(yī)个(gè)有趣的事情。探测(cè)率会(huì)在每年(nián)的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学家认为这(zhè)可能是人(rén)类发现(xiàn)暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会(huì)产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味着我们也(yě)在以这样的速度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方(fāng)向与太阳环(huán)绕(rào)银河系的方向是(shì)一致的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时(shí)段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际(jì)的情况(kuàng)中，太(tài)阳系(xì)相对(duì)银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学(xué)家认为(wèi)这可以用(yòng)来(lái)解释(shì)，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造(zào)成这(zhè)种年度周期(qī)信号的差(chà)异(yì)也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们(men)又在南半(bàn)球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的(de)实验室(shì)正好相反，而(ér)在(zài)这里，地(dì)球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第(dì)一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在(zài)这里可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截(jié)至目前还无法(fǎ)提供(gōng)相应的(de)数(shù)据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜(jìng)，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃(bó)望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的(de)视野是哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键的(de)用(yòng)途(tú)就是(shì)探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物(wù)质效应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当中生命的(de)诞(dàn)生，或者说是(shì)生(shēng)命(mìng)进化的一(yī)个重要因素。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星(xīng)上，暗物质(zhì)正在(zài)通过这样的(de)效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。那么(me)小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们(men)觉得暗物(wù)质到(dào)底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的(de)支持是我更新的(de)动力！

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