宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科(kē)学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们(men)在过(guò)去(qù)的几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期(qī)实验，但是却(què)没有(yǒu)发(fā)现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家(jiā)们发现某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异(yì)常(cháng)，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未知的天体通(tōng)过引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通过(guò)天王星运行轨道的(de)异(yì)常，推算并(bìng)且(qiě)发现(xiàn)了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万(wàn)有引力定律所取得重大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都是在(zài)恒星系统(tǒng)的(de)尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度(dù)，事(shì)情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发(fā)星系团(tuán)的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系团的质(zhì)量一般(bān)会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结果一致，就(jiù)可以确定(dìng)其质(zhì)量的范围。

第一种是获(huò)得(dé)其"光(guāng)度学(xué)的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的(de)计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系(xì)相对于星系(xì)团(tuán)的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的(de)质量并不(bù)以可见光的形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基发(fā)现星系团中很(hěn)多(duō)星系的速度比理论上(shàng)要快得多(duō)，按照(zhào)牛顿的(de)运动学(xué)定(dìng)律，仅靠(kào)这(zhè)些可见星系的(de)质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系(xì)团内的(de)，它们早就(jiù)应(yīng)该被(bèi)抛出星系(xì)团之(zhī)外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见(jiàn)的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部分的质量。只是(shì)当时(shí)的人们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的(de)恒星(xīng)在其(qí)轨道(dào)上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观测的结果却(què)让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力定律，在星系(xì)当中(zhōng)如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科(kē)学家们会使用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物(wù)质(zhì)的存在，这种方法就是测量星系当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距(jù)离星系中心(xīn)的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现(xiàn)异(yì)常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其(qí)中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并(bìng)不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳(yáng)系也不例(lì)外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之(zhī)上，距离银(yín)河(hé)系中(zhōng)心(xīn)2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系(xì)的(de)运行速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕(rào)银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大(dà)于(yú)理论速度，那么(me)产(chǎn)生以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可(kě)能就是存在着(zhe)一(yī)种我们看不到的物(wù)质(zhì)，是(shì)这些(xiē)暗(àn)物质的引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时(shí)开(kāi)始，越来越(yuè)多(duō)的研(yán)究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根(gēn)据(jù)星系外恒星轨道(dào)的速度，估算(suàn)在星(xīng)系当中(zhōng)暗物(wù)质(zhì)的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解(jiě)释这个(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(yǒu)引(yǐn)力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不(bù)多，但是星系(xì)当中存在(zài)的恒星数量却(què)只有(yǒu)银河系的(de)千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最先进(jìn)的望远镜(jìng)对其进行了(le)40个小时(shí)的详细(xì)测(cè)量(liàng)之后，发(fā)现星系中的(de)恒星运(yùn)动是(shì)可以(yǐ)用正常的(de)物质(zhì)和(hé)力(lì)学定(dìng)律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是，它的(de)附近没有任(rèn)何(hé)星系存(cún)在。造成这些(xiē)现象的除了(le)暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力(lì)很可(kě)能(néng)在不同尺(chǐ)度空(kōng)间中的工作方式(shì)是(shì)不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的(de)天(tiān)体(tǐ)会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力(lì)之(zhī)间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之(zhī)间(jiān)的相互(hù)作用，科学家还引入了(le)外部场(chǎng)效(xiào)应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规(guī)模上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊的(de)效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就此终结(jié)。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存(cún)在的其他的理论(lùn)证据(jù)，这些理论证据(jù)是(shì)蒙德(dé)理论所(suǒ)没(méi)法(fǎ)解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的(de)子(zi)弹星系团，由(yóu)两个(gè)碰撞的(de)星系(xì)团所(suǒ)组(zǔ)成，类(lèi)似这样的(de)星团(tuán)，它们大部分(fēn)的普通质量(liàng)都(dōu)在星(xīng)系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气(qì)体(tǐ)的(de)相互作用就会导致(zhì)温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系团大部分的质量(liàng)将位于所有这些气体所在(zài)的中间区(qū)域。那(nà)么我(wǒ)们(men)通过什么来验证它的质量区域(yù)到底是(shì)我的贤内助是什么意思，贤内助是什么意思啊不是集中在中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了(le)宇宙当中第(dì)一张全(quán)彩的(de)高清照(zhào)片，在照(zhào)片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似(shì)乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系(xì)本身(shēn)并(bìng)不(bù)是真的被扭曲(qū)了，也(yě)不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什么问题(tí)，而(ér)是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观(guān)测者之(zhī)间。被一个(gè)质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量的(de)东西(xī)的引力，会使身后更(gèng)遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨(jù)大(dà)的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观(guān)测的时候，发(fā)现它的大(dà)质量区域并不(bù)是在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的(de)碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质则直接(jiē)通过(guò)了这个(gè)区域，并在(zài)两边形成了引力(lì)透镜(jìng)。对(duì)子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质(zhì)存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中(zhōng)最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了(le)各相同性的(de)微波辐射。其(qí)中红色的部(bù)分表(biǎo)示温度较高的(de)区(qū)域，蓝色(sè)则(zé)表示(shì)相对较冷的区域(yù)，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之(zhī)一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行(xíng)连(lián)通域提取和标记之后(hòu)发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的(de)增加，一些峰值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐(fú)射的(de)测量值，我们需要的(de)暗(àn)物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动(dòng)所需要的暗物质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好地解释了很多不同的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型(xíng)的(de)粒子(zi)，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互(hù)作(zuò)用。所以如(rú)果能够找到这种粒子(zi)的存在，就相当于找到(dào)了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是(shì)什么？科学家(jiā)们已经(jīng)提出(chū)了(le)数十种的假想目标，而(ér)要(yào)寻找这(zhè)些不(bù)同的目标(biāo)粒子所需要(yào)的(de)实验方式也不相(xiāng)同。在(zài)过去的几十年当中，人类(lèi)为(wèi)了(le)寻找这(zhè)些看不见、摸不(bù)到(dào)，几(jǐ)乎(hū)不会与常规(guī)物质相互作用(yòng)的(de)“暗(àn)物(wù)质”，科学家们(men)已经进行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却(què)没有任(rèn)何(hé)实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大(dà)利的(de)格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的(de)地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学(xué)实验室，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的周期(qī)性(xìng)震(zhèn)荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的(de)数据(jù)收集，人们发现了一个(gè)有趣的(de)事(shì)情(qíng)。探测率(lǜ)会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第(dì)一个直(zhí)接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河(hé)系进行(xíng)移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味(wèi)着我们也在(zài)以(yǐ)这样的速度(dù)在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年(nián)的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太(tài)阳(yáng)环(huán)绕(rào)银河系(xì)的方向是(shì)一(yī)致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地(dì)球(qiú)与太阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对(duì)银河系(xì)的平面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这(zhè)个(gè)理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解(jiě)释，研(yán)究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的周期性信号(hào)。当然也可能(néng)有其他的情况(kuàng)，造(zào)成这种(zhǒng)年(nián)度周期信号的差异(yì)也(yě)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(lì)游客(kè)的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立了一个(gè)几(jǐ)乎相同(tóng)的实验室(shì)，这里的季(jì)节与之(zhī)前的实验室(shì)正(zhèng)好相(xiāng)反(fǎn)，而在(zài)这(zhè)里，地(dì)球穿(chuān)过暗物质流(liú)的(de)运动特征和(hé)第一(yī)个实(shí)验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号(hào)，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的(de)证据了。但是(shì)由于这个实验(yàn)室刚刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截至目(mù)前还无法提供相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的(de)望(wàng)远镜，这(zhè)台太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器(qì)提供(gōng)的(de)视野是(shì)哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键的(de)用途(tú)就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学(xué)家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能(néng)拥有另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个(gè)重要(yào)因素(sù)。

如果这一理论得(dé)到进(jìn)一(yī)步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的(de)暗(àn)物质会不会意味着人类并不(bù)孤(gū)单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物(wù)质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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