宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的？为何会存在科(kē)学无(wú)法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了(le)寻找暗物(wù)质存在(zài)的证据，科学家们在过去的几十(shí)年当中进行了(le)超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何(hé)的有效证据。除了一(yī)个地(dì)方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运(yùn)动的(de)规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来，当天(tiān)文学(xué)家们发现某些天体运行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不符合万有(yǒu)引力定律的(de)时候，他们就会知道，周围一(yī)定有未知的(de)天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算(suàn)并(bìng)且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的(de)发现都(dōu)是应用万有引力(lì)定(dìng)律所取得重大天(tiān)文成就的例(lì)子(zi)。但是这些发现(xiàn)都是(shì)在恒星系统的(de)尺度当中，可当(dāng)我们上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研究和测量后发(fā)星(xīng)系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成(chéng)的巨(jù)大星(xīng)系(xì)团，这些(xiē)星系被(bèi)引力(lì)束(shù)缚在一起。测量(liàng)星系团的质(zhì)量(liàng)一(yī)般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确(què)定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是(shì)测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是(shì)动力学(xué)质量的(de)计(jì)算，是利用光谱红(hóng)移测量(liàng)星(xīng)系(xì)团(tuán)中的(de)各(gè)个星系(xì)相对于星(xīng)系(xì)团的(de)运(yùn)动速(sù)度。当(dāng)测量结(jié)果出(chū)来之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了(le)，或者说这99%的质量(liàng)并(bìng)不以(yǐ)可见光的形式(shì)所存在，我们(men)无法(fǎ)看(kàn)到。最(zuì)诡异(yì)的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系(xì)团中很(hěn)多(duō)星(xīng)系(xì)的速度比理(lǐ)论上要快(kuài)得(dé)多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这(zhè)些(xiē)可(kě)见星系的(de)质量(liàng)所产生的引力是无法(fǎ)将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一(yī)种神秘(mì)的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于(yú)某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出(chū)了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的(de)一种说(shuō)法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个(gè)词(cí)才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座(zuò)星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道(dào)上(shàng)的运行速度就会越慢。但是(shì)他们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随(suí)着与中心距离的(de)增加，恒星的旋转速(sù)度几乎(hū)保持不(bù)变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们会使用一(yī)种相(xiāng)对标准(zhǔn)的(de)方(fāng)法(fǎ)来解释暗(àn)物质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方法就是(shì)测量星系当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现(xiàn)异常的结果，就认为(wèi)是(shì)由暗物质的力(lì)量进入(rù)其中(zhōng)。

于是科学家们通过射(shè)电(diàn)望远镜(jìng)测量(liàng)了(le)距离星系(xì)中心(xīn)更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度并不符合(hé)牛顿的力(lì)学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律进(jìn)行计算，太(tài)阳(yáng)系的运行(xíng)速度应(yīng)该是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么(me)产生以上这(zhè)种向心加速(sù)度(dù)的(de)原因很可能(néng)就(jiù)是(shì)存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的(de)引力效应将星系聚(jù)集(jí)在了一起。

也(yě)是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究人员开(kāi)始相信暗物(wù)质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的(de)速度，估算(suàn)在(zài)星(xīng)系当中暗物质的质(zhì)量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是(shì)唯一(yī)可(kě)以解(jiě)释这个现象的原(yuán)因(yīn)。在一项新的(de)研究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小差异(yì)。另(lìng)外(wài)，天文学家还发(fā)现(xiàn)了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距(jù)离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当(dāng)中存在的(de)恒星(xīng)数量却(què)只有(yǒu)银河系的千分(fēn)之一。

所以在理(l正、异、新，正异新的区分ǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行(xíng)了(le)40个(gè)小时(shí)的详细(xì)测量之(zhī)后，发现星(xīng)系中的(de)恒(héng)星运动是可以用正常的物质和力学(xué)定律来解释的(de)。那(nà)么又有(yǒu)人提(tí)出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附近的(de)另一个(gè)大星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的(de)假说之外，另一种可(kě)能(néng)就是人类对引力(lì)的理(lǐ)解还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺度空(kōng)间中(zhōng)的工作方(fāng)式是不同的(de)，这意味(wèi)着在行星系尺度中的(de)天体会沿着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们(men)所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之(zhī)间的(de)相(xiāng)互作用则(zé)是不同的(de)方式。对于(yú)在星系团(tuán)之(zhī)间的相互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应的概念，指的(de)是在数百万光年的(de)规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我(wǒ)们需(xū)要对现在的物理定律进行修正，这些发(fā)现也(yě)让很(hěn)多(duō)人认为暗物质假说理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但是在(zài)宇宙当中还(hái)有关于暗(àn)物质存在的(de)其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的(de)星(xīng)系团(tuán)所组成，类似这(zhè)样的星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相互作用就会(huì)导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团大部分(fēn)的质量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气(qì)体(tǐ)所在的中间区域(yù)。那么我们(men)通过什么来验证它的质量区域到底是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系(xì)本身(shēn)并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥远星系的(de)光都发生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应(yīng)。这个(gè)巨大的天(tiān)体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人们(men)对子(zi)弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方法就是当(dāng)星团(tuán)发生(shēng)全部的(de)碰撞时，可被观测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过(guò)了这个区域(yù)，并在两(liǎng)边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的引力透镜(jìng)研究也被认(rèn)为(wèi)是(shì)暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论(lùn)证据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最古老(lǎo)的(de)光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后，这(zhè)些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留下了各相同性(xìng)的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高的区(qū)域，蓝色则(zé)表示相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温差(chà)只有万分之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后的二值图像进行连通域提取和标(biāo)记之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这样的(de)，而随着暗物质的(de)增(zēng)加，一(yī)些峰值的幅度(dù)会(huì)减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测(cè)量值(zhí)，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所需(xū)要的暗正、异、新，正异新的区分物(wù)质比(bǐ)例是一致的。这就意(yì)味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就(jiù)很好地解(jiě)释了(le)很多不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子(zi)，它(tā正、异、新，正异新的区分)们不参与任何(hé)其他的(de)电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以(yǐ)如(rú)果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒子(zi)的存(cún)在，就相当于找到了暗物(wù)质存在(zài)的实际(jì)证据(jù)。这种粒子到底是什么？科(kē)学(xué)家们(men)已(yǐ)经提出了数(shù)十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需(xū)要的(de)实验方式也(yě)不(bù)相同。在(zài)过去的几十年(nián)当中，人类(lèi)为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质(zhì)相互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行(xíng)了超(chāo)过50次的(de)实验(yàn)，却(què)没有任(rèn)何(hé)实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意(yì)大利(lì)的(de)格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上(shàng)最(zuì)大的地学实(shí)验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层楼(lóu)高的探测器(qì)，一直致力于(yú)寻(xún)找暗(àn)物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声(shēng)称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了(le)一个有(yǒu)趣的事情。探测(cè)率(lǜ)会在每(měi)年的6月份(fèn)达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当(dāng)中每(měi)年都是一样。一些(xiē)科(kē)学家(jiā)认为这可(kě)能是人类发现暗物质的(de)第一(yī)个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会(huì)产生(shēng)周期性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着(zhe)银河系进(jìn)行移(yí)动(dòng)，那么如(rú)果暗物(wù)质存(cún)在宇宙当中，这意味着(zhe)我(wǒ)们也在(zài)以这(zhè)样(yàng)的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另(lìng)外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物(wù)质流最(zuì)快的时段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好达(dá)到(dào)了(le)最慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际的情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是(shì)这并不影响这个(gè)理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来(lái)解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的(de)周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可(kě)能(néng)有其他(tā)的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也(yě)可(kě)能是温度、湿(shī)度(dù)、土壤中的(de)水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又在(zài)南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与之(zhī)前(qián)的实验室(shì)正好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流(liú)的运动(dòng)特征和第一个实验室是一(yī)样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到相同(tóng)的信(xìn)号，就(jiù)可以成为暗物(wù)质所存在(zài)的非常有力的证据(jù)了。但是(shì)由于这个实(shí)验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关键的用途就是(shì)探索暗物(wù)质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体物(wù)理中(zhōng)心的科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和(hé)贾森斯(sī)特芬研(yán)究发(fā)现，如果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存在(zài)，它们极有可能拥有另一(yī)种神(shén)秘的(de)效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者说(shuō)是生(shēng)命进(jìn)化的一个重要(yào)因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这样的(de)效(xiào)应(yīng)创造(zào)生命。当然，这些推论(lùn)的大前提(tí)是(shì)要先(xiān)找(zhǎo)到暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗(àn)物质到底存(cún)不(bù)存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的(de)支持是我更新的动(dòng)力！

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