宇宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为何会存在(zài)科学无(wú)法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的证据，科学(xué)家们在(zài)过去(qù)的(de)几十年当中进行了超(chāo)过50次(cì)的长期实(shí)验，但是却没有(yǒu)发现任(rèn)何的有效证(zhèng)据。除了一(yī)个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天(tiān)文学家们发现(xiàn)某些天体(tǐ)运行轨道出(chū)现(xiàn)异常，不符(fú)合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一(yī)定有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通过天王星(xīng)运行轨道的(de)异常(cháng)，推算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发(fā)现都是应用(yòng)万有引(yǐn)力定律所取得重大天文(wén)成就的(de)例(lì)子。但是这些发现都(dōu)是在(zài)恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基正在研究和(hé)测(cè)量后发(fā)星系团的质量(liàng)。这(zhè)是一(yī)个由(yóu)数千个星系所组成的(de)巨大星系团，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测(cè)量(liàng)星系团的质量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一(yī)致，就(jiù)可以确(què)定(dìng)其质(zhì)量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数(shù)据(jù)是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是(shì)动力(lì)学(xué)质量的(de)计(jì)算，是利(lì)用光谱红移(yí)测量(liàng)星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团(tuán)的运动(dòng)速度。当测量结果出(chū)来(lái)之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发座星(xīng)系团有99%的质量消失了(le)，或(huò)者说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可(kě)见光的(de)形式(shì)所(suǒ)存在(zài)，我(wǒ)们无(wú)法看(kàn)到(dào)。最诡(guǐ)异(yì)的是(shì)，在测量速度的(de)过程中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系(xì)团中很多星系的速度(dù)比理论上(shàng)要快(kuài)得多，按(àn)照牛(niú)顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可(kě)见(jiàn)星系(xì)的质量所(suǒ)产(chǎn)生(shēng)的(de)引力是无法(fǎ)将它们(men)束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外了(le)，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了这样部(bù)分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这(zhè)个词(cí)才再一次(cì)出现。天文(wén)学(xué)家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的(de)恒(héng)星运动。理论(lùn)上来(lái)说(shuō)，距离中心(xīn)越(yuè)远的恒星在其轨道上的(de)运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观(guān)测的(de)结果却(què)让人感到不(bù)可思议。

随(suí)着与中心距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根(gēn)据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没(méi)有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于(yú)这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法来解(jiě)释暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方法就是测(cè)量(liàng)星系当中气体在X轴上(shàng)距离(lí)星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结(jié)果，就(jiù)认为是(shì)由暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距(jù)离的(de)氢元素，发现它们(men)的(de)旋转速度(dù)并不符合牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我们的太(tài)阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引力定律进(jìn)行计(jì)算(suàn)，太(tài)阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳系正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度(dù)远远大于理论速度，那么产(chǎn)生(shēng)以上这种向心加速(sù)度的(de)原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不(bù)到的(de)物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一(yī)起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多(duō)的研(yán)究人员开始相信暗物质的(de)存在。科(kē)学(xué)家(jiā)根(gēn)据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算(suàn)在(zài)星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一(yī)可(kě)以解释这个现(xiàn)象的原因。在(zài)一项新(xīn)的(de)研(yán)究当(dāng)中，科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒(héng)星之间(jiān)，也(yě)会出现(xiàn)速度上的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离(lí)地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当中(zhōng)存在的恒(héng)星数量却(què)只有银河(hé)系的千分(fēn)之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上，该(gāi)星系必(bì)须存在暗(àn)物(wù)质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但(dàn)是科(kē)学家们使用最先进的望远镜对(duì)其进(jìn)行了40个(gè)小时的详细测(cè)量之后，发现星系中的恒(héng)星运动是可(kě)以用正常的物(wù)质和力学(xué)定律来解释的(de)。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个(gè)大星(xīng)系剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它的附(fù)近没有(yǒu)任何星系(xì)存在。造成这(zhè)些(xiē)现象的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是(shì)人类对引力的理(lǐ)解(jiě)还不(bù)够全面(miàn)，引力(lì)很可能(néng)在不(bù)同尺度空(kōng)间中(zhōng)的工作方式是不同(tóng)的，这意味(wèi)着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我(wǒ)们(men)所理解的方式运动。但是上(shàng)升到(dào)星系(xì)和(hé)星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作(zuò)用则(zé)是(shì)不同的(de)方式。对(duì)于在星系(xì)团之(zhī)间的相(xiāng)互作用，科(kē)学家还引入了外部场效应的概(gài)念，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的(de)质量之间会产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要(yào)对(duì)现在的物理(lǐ)定律进(jìn)行修正，这些发现也(yě)让很多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其(qí)他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的(de)“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的(de)子(zi)弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星(xīng)系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部(bù)分的普通质量都(dōu)戊时是几点，戊时是几点到几点钟的时在星(xīng)系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的时候，星际(jì)气体的(de)相互作用就会导致(zhì)温度(dù)的(de)急剧(jù)升高(gāo)，速(sù)度(dù)大幅(fú)降低。所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量(liàng)将位于所有(yǒu)这些气体所(suǒ)在的中间区(qū)域。那么我们通过什么(me)来验证它的(de)质量区域到底是不(bù)是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们(men)可以(yǐ)明显地(dì)看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些(xiē)星系本身(shēn)并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什(shén)么问题，而是(shì)这样极遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的(de)天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的(de)引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现象就是(shì)引力透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可(kě)能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗(àn)物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大质量区域并不是在中间(jiān)，而是(shì)在两(liǎng)侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释(shì)方(fāng)法就是当(dāng)星团(tuán)发(fā)生全部的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测(cè)到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物(wù)质(zhì)则(zé)直(zhí)接(jiē)通过了(le)这个区域，并在两边(biān)形成了引力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系(xì)团的引力透镜(jìng)研究也被认为是(shì)暗(àn)物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多(duō)亿(yì)年之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性(xìng)的(de)微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度较(jiào)高(gāo)的(de)区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区(qū)域，但实际上它们(men)之间(jiān)的(de)温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗物质大(dà)约是普通物质(zhì)的(de)5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所需要(yào)的暗物(wù)质比例是(shì)一致(zhì)的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一个简单的理(lǐ)论框架(jià)，就很(hěn)好(hǎo)地解释(shì)了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某种类型的粒子(zi)，它们不(bù)参(cān)与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过(guò)引(yǐn)力(lì)来(lái)相互作(zuò)用。所以如果能够(gòu)找到(dào)这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到(dào)了暗物(wù)质存在的(de)实(shí)际(jì)证据。这(zhè)种粒子到底是什么(me)？科学(xué)家(jiā)们已经提出了数(shù)十种的假(jiǎ)想目标，而要寻(xún)找这(zhè)些不(bù)同的目标(biāo)粒子所需要的实(shí)验(yàn)方式也不相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十(shí)年当中，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与常规物质相互(hù)作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的实(shí)验，却没有任(rèn)何(hé)实质性(xìng)的发现(xiàn)，除(chú)了一个(gè)地方，意大(dà)利的格兰(lán)萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一(yī)直致力(lì)于寻(xún)找暗物(wù)质(zhì)粒子(zi)的周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科学(xué)家声称(chēng)观(guān)测到了(le)某种(zhǒng)信号。经过(guò)了(le)20多年的数据收集，人(rén)们发现了一(yī)个(gè)有趣的事情(qíng)。探(tàn)测率会在每(měi)年的6月份达到(dào)峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每(měi)年都是一样。一些科学家认为这可(kě)能是(shì)人类(lèi)发现暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质(zhì)会产生周期性的年(nián)度(dù)信(xìn)号(hào)呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了(le)太(tài)阳系(xì)正(zhèng)在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着银(yín)河系进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗(àn)物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味着(zhe)我们(men)也在(zài)以这样的速(sù)度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程(chéng)中会(huì)产生相应(yīng)的(de)振荡(dàng)，同(tóng)时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银河系(xì)的方向是一(yī)致的(de)，而(ér)另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的(de)方向(xiàng)正(zhèng)好(hǎo)达到完全一致(zhì)，这(zhè)是理论上地(dì)球穿(chuān)越暗物质(zhì)流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对银(yín)河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期(qī)性信(xìn)号(hào)。当然也(yě)可能有其(qí)他的情况，造成这种年度周期(qī)信号的差(chà)异也可(kě)能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利(lì)游客(kè)的(de)数(shù)量也(yě)符(fú)合这个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了一个(gè)几乎相(xiāng)同的(de)实(shí)验室，这里的季节与之前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第(dì)一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得到(dào)相同的信号(hào)，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质所(suǒ)存在的(de)非常有力(lì)的(de)证(zhèng)据了。但(dàn)是由于这个实(shí)验室(shì)刚(gāng)刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无法提供相应的数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的(de)望(wàng)远镜，这(zhè)台太空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗(luó)曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)其中一(yī)个关键的用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目(mù)以待(dài)了。费米实验室(shì)粒(lì)子天体物(wù)理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它们极(jí)有可能(néng)拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物(wù)质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或(huò)者(zhě)说是生命进(jìn)化的一(yī)个重要(yào)因(yīn)素。

如果这(zhè)一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物(wù)质会(huì)不会意味(wèi)着人(rén)类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)某个角落(luò)的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的(de)效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们(men)觉(jué)得(dé)暗物质到底存(cún)不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是(shì)我更新的动力！

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