宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科(kē)学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究(jiū)竟是什(shén)么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的(de)证据，科学家(jiā)们在过(guò)去的几(jǐ)十年当(dāng)中(zhōng)进行(xíng)了(le)超过50次的长期实(shí)验，但是(shì)却没(méi)有发(fā)现任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发(fā反骨是什么意思 反骨是叛逆的意思吗)表(biǎo)了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇(yǔ反骨是什么意思 反骨是叛逆的意思吗)宙中天体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天文学家(jiā)们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有(yǒu)引力(lì)定律的时候，他(tā)们就会知道，周围一(yī)定有未(wèi)知的天体通过(guò)引力(lì)在(zài)摄动它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年(nián)，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了(le)海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是应用万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律所取得重大天文成就的例(lì)子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统(tǒng)的(de)尺度当中(zhōng)，可当我们上(shàng)升到(dào)星系或(huò)者(zhě)是(shì)星团的(de)尺(chǐ)度，事情就(jiù)开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是(shì)一个由数(shù)千(qiān)个(gè)星系所组(zǔ)成的巨大星(xīng)系团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

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

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵(měng)了(le)，“动(dòng)力学(xué)质量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质(zhì)量并(bìng)不以可(kě)见(jiàn)光(guāng)的(de)形式所存(cún)在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快得(dé)多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星系(xì)的质量所产生的(de)引(yǐn)力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们(men)早就应该(gāi)被(bèi)抛出星系团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的力量(liàng)在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出(chū)了(le)这样部(bù)分不可(kě)见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据(jù)着宇宙中绝大(dà)部分的质(zhì)量。只是当时的人们(men)对这样(yàng)的一种说法不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年(nián)之(zhī)后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心(xīn)越远的恒星(xīng)在(zài)其轨(guǐ)道上的运行速度就会(huì)越慢(màn)。但(dàn)是(shì)他们(men)观(guān)测的结果却让人感到不可思(sī)议。

随着(zhe)与中心(xīn)距(jù)离的增加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎(hū)保持不(bù)变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大的质(zhì)量来(lái)吸引(yǐn)它(tā)们(men)，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会(huì)使用一种相对标(biāo)准的方法来解释(shì)暗物(wù)质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系(xì)当中气体在(zài)X轴上(shàng)距离星系中心(xīn)的(de)距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如(rú)果(guǒ)出现(xiàn)异(yì)常的结(jié)果，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的(de)力量进入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜测量了距离星系(xì)中心更远距(jù)离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的(de)力学定律。我们的太阳系也不例(lì)外(wài)，太阳系位于银(yín)河系的第三(sān)悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太(tài)阳系(xì)的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个实(shí)际(jì)速(sù)度(dù)远远大于理论速(sù)度(dù)，那么产(chǎn)生以上(shàng)这种向心加速度的(de)原因很可能就(jiù)是存在着(zhe)一种我们看不(bù)到的物质，是(shì)这些暗(àn)物质(zhì)的引力(lì)效应将星系(xì)聚集在(zài)了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质的(de)存在。科学家根据(jù)星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗(àn)物质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不(bù)是唯(wéi)一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和(hé)银(yín)河(hé)系不多，但是星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)存在(zài)的恒星(xīng)数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星(xīng)系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学(xué)家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个(gè)小(xiǎo)时的(de)详细测量之后，发现星系(xì)中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物(wù)质和力(lì)学(xué)定(dìng)律(lǜ)来解(jiě)释的。那么又有人提出，也(yě)许该(gāi)星系的(de)暗物质(zhì)，已经被附近的另一(yī)个大星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没(méi)有(yǒu)任何星系存(cún)在。造成(chéng)这些(xiē)现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物(wù)质的(de)假说(shuō)之外，另一种可能就(jiù)是人类对引力(lì)的(de)理解还不够全(quán)面，引力(lì)很可能(néng)在不同尺度空间中的工作(zuò)方式是不同(tóng)的，这意(yì)味着在行星系(xì)尺度中的天体会沿(yán)着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们(men)所理解的方(fāng)式(shì)运动。但是(shì)上升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方(fāng)式(shì)。对(duì)于在星系团之间的相(xiāng)互(hù)作用，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊(shū)的(de)效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味(wèi)着我们需要(yào)对现(xiàn)在的物理定律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多人(rén)认为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质(zhì)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(yǐn)力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为37亿光年(nián)的子(zi)弹星系团(tuán)，由(yóu)两(liǎng)个碰(pèng)撞的(de)星系团(tuán)所组成(chéng)，类似这样的星团，它们(men)大部分的普(pǔ)通质(zhì)量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发(fā)生(shēng)碰(pèng)撞的(de)时(shí)候，星际气体的相互作(zuò)用就(jiù)会(huì)导(dǎo)致温度(dù)的急剧升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低(dī)。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位(wèi)于所有这些气体所(suǒ)在的中间区域(yù)。那么我(wǒ)们通过什么来验证它的质(zhì)量区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空望远镜(jìng)传(chuán)回了(le)宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地看到(dào)很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变(biàn)。其实这些星系本身并不(bù)是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问(wèn)题，而是(shì)这样极遥远的(de)天体(tǐ)和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一(yī)个质量超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量的东西(xī)的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量的(de)黑(hēi)洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质量区(qū)域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解(jiě)释方法(fǎ)就(jiù)是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量(liàng)气体被卡在(zài)了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域，并(bìng)在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究(jiū)也(yě)被认为(wèi)是暗物质存(cún)在的迄今为止最好(hǎo)的(de)理论证(zhèng)据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光(guāng)终(zhōng)于(yú)可(kě)以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多(duō)亿年之后，这(zhè)些光在(zài)宇(yǔ)宙空间背(bèi)景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝(lán)色(sè)则表(biǎo)示相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但实(shí)际上(shàng)它们之(zhī)间的温(wēn)差只有万分之(zhī)一(yī)。

科学家们通过对(duì)前景(jǐng)背景分离后(hòu)的二值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起(qǐ)来(lái)不应该(gāi)是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值(zhí)的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了(le)匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微(wēi)波背(bèi)景辐射的测量值(zhí)，我(wǒ)们(men)需要的(de)暗物(wù)质大(dà)约是普通(tōng)物质的(de)5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒(héng)星运(yùn)动所需要的暗物(wù)质比例(lì)是一致的。这就意(yì)味(wèi)着。

用(yòng)了一(yī)个简单的理论(lùn)框(kuāng)架，就(jiù)很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本(běn)质(zhì)就(jiù)是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的(de)粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作(zuò)用(yòng)。所以如果(guǒ)能(néng)够(gòu)找到这(zhè)种粒子的存(cún)在，就相当于(yú)找到了暗物质存在(zài)的(de)实(shí)际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻(xún)找这些不(bù)同的(de)目标粒子所需要(yào)的实验方式也(yě)不相同。在过去的(de)几十年当中，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于(yú)阿尔(ěr)卑(bēi)斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的(de)探测器，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家(jiā)声称观(guān)测到了(le)某种信号。经过了(le)20多年的数(shù)据(jù)收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一(yī)些科学家(jiā)认为这(zhè)可能(néng)是人类发现暗(àn)物质的第(dì)一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期(qī)性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行(xíng)移动(dòng)，那么如果暗物(wù)质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以这样的(de)速(sù)度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过(guò)程中会产生(shēng)相应(yīng)的振荡(dàng)，同时(shí)地球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银(yín)河(hé)系的(de)方向(xiàng)是一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的(de)方向(xiàng)正好达到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物(wù)质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实(shí)际的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的(de)倾(qīng)斜，但(dàn)是这(zhè)并不(bù)影响这个理论的(de)有(yǒu)效性。

因此科(kē)学家认为这可以用来解释，研(yán)究人员们(men)所观(guān)测到的周期(qī)性信(xìn)号。当然也可能有其他的情况，造成(chéng)这种年(nián)度(dù)周(zhōu)期信号(hào)的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山(shān)上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游客的数(shù)量(liàng)也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在(zài)南(nán)半球建(jiàn)立了(le)一个几(jǐ)乎(hū)相同的实验室(shì)，这里(lǐ)的季(jì)节与之前的(de)实验(yàn)室正好相反，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流的(de)运动特征和第一个实(shí)验室是一(yī)样的。

因此，如果在(zài)这(zhè)里(lǐ)可以得到相同的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存在的(de)非(fēi)常有力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由(yóu)于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器(qì)提(tí)供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太(tài)空望远镜其中一(yī)个关键的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有(yǒu)可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质(zhì)效应(yīng)，会(huì)支持(chí)宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者(zhě)说是(shì)生命进化的(de)一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步(bù)的(de)证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过这(zhè)样的效应创造生(shēng)命。当(dāng)然，这(zhè)些推论(lùn)的(de)大前提(tí)是要先找到(dào)暗物质存(cún)在的实际证据。那么(me)小伙(huǒ)伴(bàn)们(men)，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持是我更(gèng)新(xīn)的动力！

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