宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解(jiě)释的“暗物(wù)质”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证据，科(kē)学家们在过去的几十(shí)年当中进行了超过(guò)50次(cì)的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证据。除了一(yī)个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们(men)发现某些天(tiān)体运行(xíng)轨(guǐ)道出现异常(cháng)，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)的(de)时候，他们就会知(zhī)道，周围一(yī)定(dìng)有未知的(de)天体(tǐ)通过引力在摄(shè)动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运(yùn)行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发现都是(shì)应(yīng)用万有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到星系(xì)或者是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗(fú)里(lǐ)茨(cí)兹(zī)威基正在研究(jiū)和测(cè)量后发(fā)星(xīng)系团的质量。这(zhè)是一个由数千个(gè)星系所组成的巨大(dà)星系团(tuán)，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就可(kě)以确定其质(zhì)量(liàng)的范围(wéi)。

第一(yī)种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据(jù)是测(cè)量各个星(xīng)系(xì)的光度(dù)。

第二种是(shì)动力学质(zhì)量的计算，是(shì)利用(yòng)光谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中的(de)各个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出(chū)来(lái)之(zhī)后，兹威基(jī)彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光的(de)形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测(cè)量速(sù)度的(de)过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团(tuán)中很多星(xīng)系的速(sù)度比理论上(shàng)要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产(chǎn)生的(de)引力是无法将它们束缚在(zài)星系(xì)团(tuán)内的(de)，它(tā)们早就应(yīng)该被抛出星(xīng)系团之外了(le)，除非有一种神秘(mì)的力(lì)量在起(qǐ)作用，这(zhè)种(zhǒng)力(lì)量来源于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见的(de)暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却(què)占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才(cái)再一(yī)次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特(tè)福特在观(guān)测仙(xiān)女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上的运行速度就(jiù)会越(yuè)慢(màn)。但是(shì)他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星系当中如(rú)果没有(yǒu)足(zú)够大的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科学(xué)家们会(huì)使用(yòng)一种相对标(biāo)准的方法来解释暗(àn)物(wù)质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中(zhōng)心的(de)距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出(chū)现(xiàn)异(yì)常的结果(guǒ)，就认(rèn)为(wèi)是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家(jiā)们通过(guò)射电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距(jù)离的氢元素，发(fā)现(xiàn)它们的旋转速度并不符(fú)合牛(niú)顿(dùn)的力学定律。我(wǒ)们(men)的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河(hé)系(xì)的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离(lí)银河(hé)系中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远远大于(yú)理论速度，那么(me)产生以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是(shì)存在着一种我们看不(bù)到的物(wù)质，是这(zhè)些暗物质的引(yǐn)力效应将星(xīng)系聚(jù)集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越(yuè)多的研究人(rén)员(yuán)开始(shǐ)相(xiāng)信暗(àn)物质(zhì)的存在。科学家(jiā)根据(jù)星系外恒星(xīng)轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物(wù)质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一可(kě)以解释(shì)这个(gè)现象的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会出现速度上的(de)微(wēi)小差异。另外，天文(wén)学家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却(què)只有银河系(xì)的(de)千分之一。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该(gāi)星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家(jiā)们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行(xíng)了40个小时的详细(xì)测量之后，发(fā)现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运动是可(kě)以用正(zhèng)常的物质和力学定律来(lái)解(jiě)释(shì)的。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也许该星(xīng)系的(de)暗(àn)物(wù)质，已经被附近的另一个大星系剥(bō)离了(le)。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存在(zài)。造成这些现象(xiàng)的除了暗(àn)物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是人(rén)类对引力的(de)理解(jiě)还不够全面，引力很可能在(zài)不(bù)同尺度空间中的工作方式(shì)是不同(tóng)的，这(zhè)意味着在行星(xīng)系(xì)尺度中的(de)天体(tǐ)会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式运动。但是上(shàng)升(shēng)到(dào)星(xīng)系和星团的(de)尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不(bù)同的(de)方(fāng)式。对于在(zài)星系团之间的相(xiāng)互作(zuò)用，科学家还(hái)引入了外部(bù)场效应的概念(niàn)，指的是在数百万光(guāng)年的(de)规模上，巨大的质量(liàng)之间会(huì)产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发现也(yě)让很多人认为暗(àn)物质(zhì)假说理论(lùn)就(jiù)此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当中还有(yǒu)关于暗物(wù)质存在的其(qí)他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这(zhè)样的星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在(zài)星系的(de)气体(tǐ)当(dāng)中。当星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会(huì)导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团大部分的(de)质量将位(wèi)于所(suǒ)有这些气体所在(zài)的中间(jiān)区域。那(nà)么我们通过什么来(lái)验证(zhèng)它的(de)质(zhì)量区域到底(dǐ)是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望(wàng)远镜传回(huí)了宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全彩的高(gāo)清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的(de)形变(biàn)。其(qí)实这些(xiē)星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地(dì)球上(shàng)的(de)观(guān)测者之间(jiān)。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量的(de)东西(xī)的引力，会(huì)使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是引力(lì)透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它(tā)的大(dà)质量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方(fāng)法就是(shì)当(dāng)星(xīng)团(tuán)发生全部的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观(guān)测到的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直(zhí)接通(tōng)过(guò)了(le)这个区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在(zài)的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此之外，还(hái)有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经(jīng)过了130多亿年之后，这(zhè)些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留(liú)下了各(gè)相(xiāng)同性的微波辐(fú)射。其中红色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们(men)通过对前景背景(jǐng)分离后的二值图(tú)像进行(xíng)连(lián)通(tōng)域提(tí)取和标记之后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不(bù)应该是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗(àn)物质(zhì)的增加(jiā)，一(yī)些(xiē)峰值(zhí)的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字(zì)与解释星系(xì)当(dāng)中恒(héng)星运(yùn)动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理(lǐ)论框架，就很好地解释了(le)很多不(bù)同的观测结(jié)果。而暗物质的(de)本(běn)质就(jiù)是宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁(cí)作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能(néng)够(gòu)找(zhǎo)到这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子的存(cún)在，就相当于找到了暗物(wù)质存在的(de)实际证据。这种粒(lì)子到底是什么(me)？科学家们已经提(tí)出了数(shù)十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不(bù)同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需要(yào)的实验方式也不相同。在(zài)过(guò)去的几(jǐ)十(shí)年当中(zhōng)，人类(lèi)为了(le)寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规(guī)物质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实(shí)验，却没有任何(hé)实质性的(de)发现，除了(le)一(yī)个(gè)地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最(zuì)大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高(gāo)的探测(cè)器，一(yī)直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称(chēng)观测(cè)到了某(mǒu)种信号。经过了20多(duō)年(nián)的数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测(cè)率(lǜ)会在每(měi)年的6月(yuè)份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科(kē)学家(jiā)认为这(zhè)可能(néng)是(shì)人类发现暗物质的第一个(gè)直(zhí)接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什(shén)么暗物质会(huì)产生周(zhōu)期性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以(yǐ)220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)着银河系进(jìn)行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我们也在以这样(yàng)的(de)速度在(zài)穿越着暗物质流，这(zhè)个过(guò)程中(zhōng)会(huì)产生相(xiāng)应的振荡，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半(bàn)年的时间，地(dì)球围绕太阳的(de)方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银河系的(de)方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向(xiàng)正好达到(dào)完全一致，这(zhè)是(shì)理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为这可(kě)以用来解释，研究人员们(men)所观测到的(de)周期性(xìng)信号(hào)。当然也可能有其他的(de)情况，造成(chéng)这种年度周期(qī)信号的差异也可能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高山上(shàng)的积(jī)雪(xuě)，甚(shèn)至连意大(dà)利游客(kè)的数量也符合这个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立了一个几乎(hū)相同(tóng)的实验室，这(zhè)里的(de)季节(jié)与之(zhī)前的实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一个实(shí)验(yàn)室是一样的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里(lǐ)可(kě)以得(dé)到相同的信号(hào)，就(jiù)可(kě)以成为(wèi)暗物(wù)质所(suǒ)存在的非(fēi)常有力的证据了。但是(shì)由于这个实验室(shì)刚刚建成不(bù)久，所以截至(zhì)目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但它的宽(kuān)视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关(guān)键的(de)用(yòng)途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘(mì)，对(duì)于探测(cè)的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以待(dài)了。费(fèi)米实验室粒子(zi)天体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重要因素(sù)。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会意味(wèi)着(zhe)人类(lèi)并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某个(gè)角落的(de)行星上，暗物质正在(zài)通过这(zhè)样的(de)效应创(chuàng)造生命。当然，这(zhè)些推论的(de)大(dà)前提是要先(xiān)找到(dào)暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们(men)觉得(dé)暗物质到(dào)底存不(bù)存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的(de)支持是我更新的(de)动力！

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