宇宙是(shì)“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解(jiě)释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究竟是(shì)什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地(dì)方(fāng)，在1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学(xué)数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的(de)几(jǐ)百年来，当(dāng)天文(wén)学(xué)家(jiā)们发现某些(xiē)天体运(yùn)行轨道(dào)出(chū)现(xiàn)异(yì)常(cháng)，不符合万有引力(lì)定(dìng)律的时候，他(tā)们(men)就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存广西属于南方还是北方在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引力定律所取得重大天文成(chéng)就的(de)例(lì)子。但是这些(xiē)发现都是(shì)在恒(héng)星(xīng)系统的(de)尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星系(xì)团的质量。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些(xiē)星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系(xì)团的质量(liàng)一般(bān)会使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一(yī)致，就(jiù)可以确定其质量(liàng)的范围(wéi)。

第一种是获得其(qí)"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度(dù)。

第二(èr)种是动力学质量(liàng)的(de)计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于(yú)星系团的运(yùn)动(dòng)速度。当测(cè)量结果出(chū)来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是(shì)“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的(de)质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不(bù)以可(kě)见光的形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们(men)无法看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系(xì)团中很多星系的(de)速度比理论(lùn)上(shàng)要(yào)快得多，按(àn)照牛顿的运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力(lì)是(shì)无法将它们束(shù)缚(fù)在(zài)星系团内的，它(tā)们早就(jiù)应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之外了，除(chú)非(fēi)有一种(zhǒng)神秘(mì)的力(lì)量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分(fēn)不可(kě)见的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时(shí)的人们对这(zhè)样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的(de)恒星运动(dòng)。理论上来说，距离(lí)中心越(yuè)远的恒(héng)星在(zài)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不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的(de)旋转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的(de)万有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足(zú)够大的质量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些外(wài)围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家们(men)会使用(yòng)一种相对标准的(de)方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋(xuán)转速(sù)度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结(jié)果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学(xué)家(jiā)们(men)通过射电望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距(jù)离星系(xì)中(zhōng)心更远距离的氢(qīng)元素，发现它(tā)们的旋转速度(dù)并不(bù)符合(hé)牛(niú)顿(dùn)的(de)力学定律。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离(lí)银(yín)河系中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引力(lì)定律进行计算，太(tài)阳系的运(yùn)行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)银河系旋转，这个(gè)实(shí)际速度远(yuǎn)远大于理论(lùn)速(sù)度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的原(yuán)因很可(kě)能(néng)就是(shì)存(cún)在着一种我们看不到的物(wù)质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系(xì)外(wài)恒(héng)星轨道的(de)速(sù)度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个(gè)星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个(gè)现象的原(yuán)因。在(zài)一(yī)项(xiàng)新的(de)研(yán)究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之间，也会(huì)出现速度上(shàng)的微(wēi)小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文学(xué)家(jiā)还发现了一个反常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河(hé)系不多(duō)，但是星系当中存在的恒(héng)星数(shù)量却(què)只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学(xué)家们(men)使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和(hé)力学定律来解(jiě)释的(de)。那(nà)么(me)又有人(rén)提出，也许该星系的(de)暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的(de)另一(yī)个大星(xīng)系剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之(zhī)外，另一种可能(néng)就是人(rén)类对(duì)引力(lì)的理解(jiě)还(hái)不(bù)够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中的(de)工作方式是不(bù)同的，这意味(wèi)着在行星系(xì)尺度(dù)中的天体会沿着它们的(de)轨道，按(àn)照(zhào)我们(men)所理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力(lì)之间的相互作用则是(shì)不(bù)同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还(hái)引入了外部场效应的(de)概念，指的是在(zài)数百万(wàn)光年(nián)的规模上，巨(jù)大的质量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这意(yì)味着我们需要对现在的物理定(dìng)律进(jìn)行修正，这些发(fā)现也让很(hěn)多人(rén)认(rèn)为暗物质假说理论就此终(zhōng)结(jié)。但是(shì)在(zài)宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系(xì)团(tuán)所组(zǔ)成，类似这样的星团，它(tā)们(men)大部分的(de)普通质量都在星(xīng)系的气(qì)体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时(shí)候，星(xīng)际(jì)气体的相互作用(yòng)就会(huì)导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位(wèi)于所有这(zhè)些气体所在的中间区(qū)域。那么(me)我们(men)通(tōng)过什么来验证它的质(zhì)量区域到(dào)底是不是(shì)集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照(zhào)片中我们可以明显地看到(dào)很(hěn)多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实(shí)这些星(xīng)系(xì)本(běn)身并不(bù)是真的(de)被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的(de)天(tiān)体和我们(men)地(dì)球(qiú)上的观(guān)测者之间(jiān)。被(bèi)一个(gè)质量超(chāo)级(jí)巨(jù)大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力(lì)透(tòu)镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大的天体(tǐ)可能是超(chāo)大质量的(de)黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当(dāng)人(rén)们(men)对子弹星系团(tuán)观测的时(shí)候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方法就是(shì)当星团(tuán)发生全部的碰撞时(shí)，可被观测(cè)到的(de)质量(liàng)气(qì)体被卡在了中间，暗(àn)物(wù)质(zhì)则直接通过(guò)了这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在的(de)迄(qì)今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外(wài)，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留下(xià)了各相同性的微(wēi)波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较(jiào)冷的(de)区域(yù)，但(dàn)实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前(qián)景背景分离后的二值(zhí)图像进(jìn)行连通域(yù)提取(qǔ)和标(biāo)记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起来不(bù)应该(gāi)是这样的，而(ér)随着暗物质的增(zēng)广西属于南方还是北方加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背景辐射的测(cè)量值(zhí)，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是(shì)一致的。这就意味着。

用(yòng)了(le)一个简单的(de)理(lǐ)论框架，就很好地解(jiě)释了很多不同(tóng)的(de)观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类(lèi)型的粒子(zi)，它们不参与任何其(qí)他的电磁(cí)作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当(dāng)于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到(dào)底是(shì)什(shén)么？科学家们(men)已经提出了数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目(mù)标(biāo)粒子所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过(guò)去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除(chú)了一个地方，意大(dà)利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山下1400米处的(de)地下(xià)矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大的地学(xué)实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一(yī)个(gè)三层楼高的探测器(qì)，一(yī)直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一(yī)个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年(nián)都是一(yī)样。一些科(kē)学家认为这可能(néng)是人类(lèi)发现暗(àn)物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质会(huì)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(wéi)绕着(zhe)银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太(tài)阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太(tài)阳(yáng)环绕(rào)银河系的方向是(shì)一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正(zhèng)好达到完全(quán)一(yī)致，这(zhè)是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太(tài)阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解释，研(yán)究人员们所(suǒ)观(guān)测到的周期性信号。当然(rán)也可能(néng)有(yǒu)其他的情(qíng)况，造(zào)成这种年度周期信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高(gāo)山上的(de)积(jī)雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合这(zhè)个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季(jì)节(jié)与之前的实验室(shì)正好相反，而(ér)在这(zhè)里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和(hé)第一个实验室(shì)是一样的(de)。

因(yīn)此，如果在(zài)这里可(kě)以(yǐ)得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所存在(zài)的非(fēi)常有力的(de)证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相应(yīng)的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的(de)望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空望(wàng)远镜叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜相同，但它(tā)的宽(kuān)视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜其中一个关(guān)键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目以待了(le)。费米(mǐ)实(shí)验室粒子天体物理中(zhōng)心的(de)科学(xué)家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质(zhì)存(cún)在，它们极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一(yī)种神秘(mì)的(de)效(xiào)应，这种暗(àn)物质效应，会(huì)支(zhī)持宇宙当中生命的(de)诞生，或者(zhě)说(shuō)是生命进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进一(yī)步的证实，那么(me)遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗(àn)物质(zhì)会不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或(huò)许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个(gè)角(jiǎo)落的(de)行星上，暗物质正在(zài)通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到(dào)暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗(àn)物(wù)质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请(qǐng)点(diǎn)赞，你(nǐ)的(de)支持是我更新的动力！

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