宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在(zài)的证据，科(kē)学家们在过(guò)去的几(jǐ)十年(nián)当(dāng)中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何(hé)的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学(xué)原理一书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表了万(wàn)有引力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的(de)规(guī)律。往后的几(jǐ)百年(nián)来，当天文学家们发现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围(wéi)一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星运行轨道的异(yì)常(cháng)，推算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王星的(de)发现(xiàn)都是应用万有引力(lì)定(dìng)律所取得(dé)重大天文成就(jiù)的例(lì)子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研(yán)究和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个由(yóu)数千个星(xīng)系所(suǒ)组成的(de)巨大星系团，这些星(xīng)系被引力(lì)束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一(yī)致，就可以确定(dìng)其质量的范围(wéi)。

第一种是获得(dé)其"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各(gè)个星系(xì)的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团(tuán)中(zhōng)的(de)各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量”的(de)400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可(kě)见光(guāng)的形式所(suǒ)存(cún)在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹(zī)威(wēi)基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质(zhì)量所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在星(xīng)系(xì)团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系团之(zhī)外了(le)，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗(àn)质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是它(tā)们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这(zhè)样的(de)一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测(cè)仙女座(zuò)星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却让人感到(dào)不(bù)可思(sī)议。

随着(zhe)与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持(chí)不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大(dà)的质量来吸引它(tā)们(men)，这些(xiē)外围的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学(xué)家(jiā)们会使(shǐ)用一种相对标准(zhǔn)的方法来解(jiě)释暗(àn)物质的存(cún)在(zài)，这(zhè)种方法就是测量星系当(dāng)中气(qì)体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常(cháng)的(de)结果，就认为是(shì)由暗物质的(de)力量进入其中。

于是(shì)科学家(jiā)们通过射电望远镜测(cè)量了(le)距离(lí)星系中(zhōng)心更远距离的氢元(yuán)素，发现它(tā)们的旋转速(sù)度并不(bù)符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太(tài)阳系的复活的作者是谁，复活的作者是谁运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个实(shí)际速度(dù)远远大于理论速度，那么产生以上这(zhè)种向(xiàng)心(xīn)加速度的(de)原因很可能(néng)就是(shì)存在着(zhe)一(yī)种(zhǒng)我们看不(bù)到(dào)的物质，是这些(xiē)暗(àn)物(wù)质的引力效应(yīng)将星(xīng)系聚集(jí)在了一起。

也(yě)是(shì)从这时开(kāi)始，越来越多的(de)研究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科(kē)学家根据星系外恒(héng)星(xīng)轨道的速度(dù)，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一可以(yǐ)解释(shì)这个现象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科(kē)学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现(xiàn)速度上的微小差(chà)异。另外，天文学(xué)家还发现(xiàn)了一(yī)个反(fǎn)常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银(yín)河(hé)系不多(duō)，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有银河(hé)系的(de)千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系(xì)必(bì)须存在暗(àn)物质，否则(zé)就(jiù)会分(fēn)崩离析。但是(shì)科学家们(men)使用(yòng)最先进的望远镜对其进行(xíng)了(le)40个小时的(de)详(xiáng)细测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可以用正常的物(wù)质和力学定律来解释的。那(nà)么又有(yǒu)人提出(chū)，也许该(gāi)星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一(yī)个大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是(shì)，它(tā)的附近没有任(rèn)何星系(xì)存(cún)在。造成这(zhè)些(xiē)现象(xiàng)的(de)除了暗物质的假说(shuō)之外，另一(yī)种可能就(jiù)是人(rén)类(lèi)对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工作方式是(shì)不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它(tā)们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星系和(hé)星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用(yòng)则是不同(tóng)的(de)方式。对于在(zài)星系团(tuán)之间的相互作用，科学家(jiā)还引入了外(wài)部场效(xiào)应的(de)概(gài)念，指的是在数(shù)百万光年的(de)规(guī)模上，巨(jù)大(dà)的质量(liàng)之间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特殊的(de)效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)成立，这意(yì)味着我们需要对(duì)现在(zài)的物理定律进行修正，这些(xiē)发(fā)现也让很多(duō)人认为暗物质假说(shuō)理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系(xì)的气体(tǐ)当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度的急(jí)剧升(shēng)高，速度大幅降低(dī)。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这(zhè)些气(qì)体所在的中(zhōng)间区域。那么我(wǒ)们通过(guò)什么来(lái)验证它的质量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了(le)宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系(xì)似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问(wèn)题，而是这样(yàng)极遥(yáo)远的(de)天体和(hé)我(wǒ)们地(dì)球上的观测者之间(jiān)。被一(yī)个质量超级(jí)巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的光都(dōu)发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力(lì)透(tòu)镜效应。这个(gè)巨(jù)大的天体可能是超大质量的(de)黑洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹星系团观测(cè)的(de)时候，发现它的大质量区(qū)域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团的(de)引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来(lái)自(zì)宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可(kě)见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上留(liú)下了各相同(tóng)性的微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示(shì)相对(duì)较冷的(de)区域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通(tōng)过(guò)对前景背景分离(lí)后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗(àn)物(wù)质，图形(xíng)看起来(lái)不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为(wèi)了(le)匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要(yào)的(de)暗物质(zhì)比例(lì)是一致的。这就(jiù)意味着。

用了(le)一个(gè)简单的理论框架，就很好地解释了很多(duō)不同的观测(cè)结(jié)果。而(ér)暗物质(zhì)的(de)本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类(lèi)型的(de)粒子，它们不(bù)参与任何其他的电磁作(zuò)用(yòng)，只通过引力来(lái)相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学(xué)家们(men)已经提(tí)出了(le)数(shù)十种的假想目标(biāo)，而要(yào)寻找这些不(bù)同的目标粒子所需(xū)要的实验方(fāng)式(shì)也(yě)不相同。在过去的几十(shí)年当中，人(rén)类为了寻找这些(xiē)看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎(hū)不会(huì)与常规(guī)物(wù)质(zhì)相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的(de)发(fā)现，除了一(yī)个地方，意大(dà)利(lì)的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上(shàng)最大的地(dì)学实验室，这(zhè)个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测(cè)器，一直致力于寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年(nián)以来(lái)，这里的科学(xué)家声称观测到(dào)了某种信号。经过了20多年(nián)的(de)数(shù)据收集，人们发(fā)现了一个(gè)有(yǒu)趣的事情。探(tàn)测率会在每(měi)年(nián)的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且(qiě)在20年当(dāng)中每年都(dōu)是一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物(wù)质的(de)第(dì)一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移(yí)动，那么(me)如果暗物质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个(gè)过程中会产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同(tóng)时(shí)地球又以(yǐ)30公里(lǐ复活的作者是谁，复活的作者是谁)/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有(yǒu)半年的(de)时间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到完全一(yī)致，这是(shì)理论上地(dì)球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在(zài)11月(yuè)份(fèn)，又(yòu)恰好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系(xì)相对(duì)银(yín)河系(xì)的(de)平(píng)面呈现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学(xué)家认(rèn)为这可以用来解释，研究(jiū)人员们所观测到的(de)周期性信号。当然也可(kě)能有其他(tā)的情况(kuàng)，造成这种年度周期(qī)信号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高(gāo)山(shān)上的积雪，甚至连(lián)意(yì)大(dà)利游客的数(shù)量(liàng)也符合这(zhè)个(gè)周(zhōu)期(qī)的(de)规律。

所以，科学家们又在(zài)南半(bàn)球建立(lì)了一个几乎相同(tóng)的实(shí)验室，这里的季节(jié)与之前的(de)实验室正好相反(fǎn)，而在(zài)这里，地球穿过(guò)暗物质流(liú)的运动特(tè)征(zhēng)和第一个实(shí)验室是(shì)一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里可以得(dé)到(dào)相(xiāng)同的信号(hào)，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常(cháng)有力(lì)的证据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的(de)望远镜，这(zhè)台太空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键的用(yòng)途就(jiù)是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测的结果，我(wǒ)们(men)只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米(mǐ)实验(yàn)室(shì)粒子天体物理中心的科(kē)学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗(àn)物质存在(zài)，它们极(jí)有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会(huì)不会意味着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的(de)行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在(zài)通过这(zhè)样(yàng)的效应创造生命。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物(wù)质存在的实际证据。那么(me)小伙伴(bàn)们(men)，你们觉(jué)得暗物质到(dào)底存(cún)不存在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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