宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存(cún)在(zài)的证据，科学家们在(zài)过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却(què)没有发现任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除(chú)了一(yī)个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一(yī)书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们发现某(mǒu)些天体运(yùn)行(xíng)轨道(dào)出现(xiàn)异(yì)常(cháng)，不符合(hé)万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有(yǒu)未知(zhī)的天(tiān)体通(tōng)过引(yǐn)力在(zài)摄动(dòng)它(tā)的(de)轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过(guò)天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的发现都是应用万有(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)是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们(men)上升到(dào)星系或者是(shì)星(xīng)团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个(gè)由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团(tuán)的质(zhì)量一般会使(shǐ)用(yòng)到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结(jié)果(guǒ)一致，就可以确定其质量的(de)范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系的光度。

第二种是(shì)动力学(xué)质量的计算，是利(lì)用光谱红移测(cè)量星系(xì)团(tuán)中的各个星(xīng)系相对于星系(xì)团(tuán)的运动速(sù)度。当测量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟然是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团(tuán)有99%的(de)质量消(xiāo)失了，或(huò)者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的(de)形式(shì)所(suǒ)存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程中，兹(zī)威(wēi)基发现星系(xì)团中很多星(xīng)系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上要快得多(duō)，按照牛(niú)顿(dùn)的(de)运动(dòng)学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可淘淘氧棉属于什么档次，七度空间属于什么档次见星系的质量所产生(shēng)的引力是(shì)无法将(jiāng)它们束缚(fù)在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来源于(yú)某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部(bù)分不可见的暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸(xī)光、反射(shè)光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分(fēn)的质量(liàng)。只是当时(shí)的人们对这样的(de)一种说(shuō)法(fǎ)不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的(de)恒星在(zài)其(qí)轨道上的运行速度就会(huì)越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人(rén)感到不(bù)可(kě)思议。

随着与中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒(héng)星(xīng)的旋(xuán)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(xīng)系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的(de)恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们(men)会使用一(yī)种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物(wù)质的存(cún)在，这种方法就是(shì)测量(liàng)星系当(dāng)中气(qì)体在(zài)X轴上距离星(xīng)系中(zhōng)心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出(chū)现异(yì)常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距(jù)离星(xīng)系中心更远距离的氢元素(sù)，发(fā)现它(tā)们(men)的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的(de)力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不例外(wài)，太阳(yáng)系(xì)位(wèi)于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的(de)运行(xíng)速度(dù)应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实际速度远远(yuǎn)大(dà)于理论速度，那么(me)产(chǎn)生(shēng)以(yǐ)上这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就(jiù)是存在(zài)着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗(àn)物(wù)质的引力效应将星系聚(jù)集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这(zhè)时开始，越来越多的研究人员开始相信暗(àn)物质的(de)存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以解(jiě)释(shì)这个现象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效(xiào)应的(de)遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度(dù)上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是(shì)星系当中存在的(de)恒星数量(liàng)却(què)只有(yǒu)银河系(xì)的千分(fēn)之一。

所以在(zài)理论上，该星系必(bì)须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学(xué)家们(men)使(shǐ)用(yòng)最先(xiān)进的(de)望远镜对其进(jìn)行了(le)40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常(cháng)的物质和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该(gāi)星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大(dà)星系剥离了(le)。奇怪的(de)是(shì)，它(tā)的附近没有任(rèn)何星(xīng)系存在。造成这(zhè)些(xiē)现象(xiàng)的(de)除(chú)了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能(néng)就是人类对(duì)引力(lì)的理解还不(bù)够全面，引力(lì)很可能(néng)在不同尺度空间(jiān)中的(de)工作方式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的(de)轨道，按照我们(men)所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力(lì)之间的相互作(zuò)用则是不同的(de)方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家还引入(rù)了外部场效(xiào)应(yīng)的概念(niàn)，指的是(shì)在数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会(huì)产生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也(yě)让很多人(rén)认为暗物质假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于(yú)暗(àn)物质存(cún)在(zài)的其他的(de)理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没法解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的(de)普通质量都在(zài)星系(xì)的(de)气体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发(fā)生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的(de)相互作用就(jiù)会导致温度的急剧(jù)升(shēng)高，速度大(dà)幅降低。所以在理(lǐ)论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于(yú)所(suǒ)有这些气(qì)体所在的中间(jiān)区(qū)域(yù)。那么我们(men)通(tōng)过什么来验证它的质量区域到底是不是(shì)集(jí)中在中间(jiān)呢？前(qián)不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形(xíng)变(biàn)。其实这(zhè)些(xiē)星(xīng)系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出(chū)了(le)什么(me)问题(tí)，而(ér)是这样极(jí)遥远的天体和(hé)我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的(de)东(dōng)西(xī)的引力(lì)，会使身后(hòu)更遥远星系(xì)的(de)光都(dōu)发(fā)生了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对(duì)子弹星系团观测(cè)的时(shí)候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最(zuì)好的解(jiě)释方(fāng)法(fǎ)就是(shì)当星团发生(shēng)全部的(de)碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观(guān)测到(dào)的质量(liàng)气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接(jiē)通过了(le)这个区域(yù)，并在(zài)两边形成(chéng)了(le)引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通无(wú)阻地(dì)穿越在宇宙(zhòu)当中了。经(jīng)过(guò)了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了(le)各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的(de)部(bù)分表(biǎo)示温度较高的区(qū)域，蓝(lán)色则表示(shì)相对(duì)较(jiào)冷的区域，但实际上(shàng)它们(men)之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们(men)通过对前景背景分离后的(de)二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗(àn)物质的(de)增加(jiā)，一些峰(fēng)值的(de)幅度(dù)会(huì)减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们(men)需(xū)要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解(jiě)释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的(de)本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒(lì)子的存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了(le)暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需(xū)要(yào)的(de)实验方式(shì)也不(bù)相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类(lèi)为了寻找这(zhè)些看不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物(wù)质相(xiāng)互作用的(de)“暗物(wù)质(zhì)”，科(kē)学家们已(yǐ)经进(jìn)行了超(chāo)过50次的实(shí)验，却没(méi)有(yǒu)任(rèn)何实质(zhì)性的(de)发现，除(chú)了一个(gè)地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大(dà)的(de)地学(xué)实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探(tàn)测(cè)器，一(yī)直致力于寻(xún)找暗物质粒子(zi)的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声(shēng)称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事(shì)情。探测(cè)率会在每年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值(zhí)，然后在(zài)11月降到最(zuì)低，而且(qiě)在(zài)20年当中每年都是一样(yàng)。一(yī)些(xiē)科学家认为(wèi)这可能是人类发(fā)现暗物(wù)质的第一个直(zhí)接证(zhèng)据(jù)。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太阳系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物(wù)质存(cún)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意(yì)味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程(chéng)中会(huì)产(chǎn)生(shēng)相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系(xì)的方向(xiàng)是一(yī)致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而(ér)在6月(yuè)份(fèn)的时候，地球与太阳的(de)方向正好达(dá)到完全一致(zhì)，这(zhè)是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际(jì)的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是这并不(bù)影响这(zhè)个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人(rén)员们所(suǒ)观测到的(de)周(zhōu)期(qī)性信号。当然也可(kě)能(néng)有其他的情况，造成这种年度(dù)周期(qī)信(xìn)号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分淘淘氧棉属于什么档次，七度空间属于什么档次、高山上的积雪，甚至连(lián)意大(dà)利游(yóu)客的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在(zài)南半球建立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这(zhè)里的季节与之前的(de)实(shí)验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特(tè)征(zhēng)和(hé)第一个实验室是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这(zhè)里(lǐ)可以得到(dào)相同(tóng)的信号(hào)，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物(wù)质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以截(jié)至目(mù)前还无法(fǎ)提供相应的数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望远镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视(shì)野(yě)是(shì)哈勃红外仪器的(de)100倍。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空望远镜(jìng)其中一个(gè)关键的用(yòng)途(tú)就是探索暗物(wù)质背后的(de)奥秘，对(duì)于探测的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天体物理(lǐ)中心的科学(xué)家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特(tè)芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的(de)诞(dàn)生(shēng)，或(huò)者说是生命进化的(de)一个重要因素。

如(rú)果这一(yī)理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人(rén)类并不孤单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗(àn)物质(zhì)正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要(yào)先找到暗(àn)物(wù)质存在的实(shí)际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你们(men)觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的(de)支持是我(wǒ)更新(xīn)的动(dòng)力！

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