宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学(xué)家们在过去的(de)几十(shí)年(nián)当(dāng)中进(jìn)行了超(chāo)过(guò)50次的长期实(shí)验，但(dàn)是(shì)却没有发现任何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一(yī)书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿(dùn)发(fā)表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后(hòu)的几百年(nián)来，当(dāng)天文学(xué)家们发现(xiàn)某些(xiē)天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常，不符(fú)合(hé)万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的(de)天体通过引(yǐn)力在摄动(dòng)它的(de)轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就(jiù)通过天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都(dōu)是应用(yòng)万有(yǒu)引力定(dìng)律所取得重大天文成就(jiù)的(de)例子。但是这些发现都(dōu)是(shì)在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度(dù)当(dāng)中，可当我(wǒ)们上升到星系(xì)或者是星团的尺度，事(shì)情(qíng)就开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测(cè)量后(hòu)发(fā)星系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引(yǐn)力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一(yī)致(zhì)，就(jiù)可以(yǐ)确定其质(zhì)量的范围。

第(dì)一(yī)种(zhǒng)是获得(dé)其"光(guāng)度(dù)学的质(zhì)量"，需要的数据是测(cè)量(liàng)各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计(jì)算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的各(gè)个星系相对于星(xīng)系团的(de)运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发(fā)座星(xīng)系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量(liàng)并不以可见(jiàn)光的形(xíng)式所存在(zài)，我们无法看(kàn)到。最诡异的(de)是，在测量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发(fā)现星系团中很多(duō)星系(xì)的珂拉琪涂多了真的会得唇炎吗，唇炎会自愈吗(de)速度比(bǐ)理论上要快(kuài)得(dé)多(duō)，按(àn)照牛(niú)顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生(shēng)的(de)引力是无法将(jiāng)它(tā)们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出(chū)星(xīng)系团之(zhī)外(wài)了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提(tí)出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(men)却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样(yàng)的(de)一种说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在(zài)观(guān)测(cè)仙女座星系中的恒星(xīng)运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距离中(zhōng)心(xīn)越远的恒星在其(qí)轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是(shì)他们观测(cè)的(de)结果却让人感到不可思(sī)议(yì)。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当中如果没有(yǒu)足够大(dà)的(de)质(zhì)量来吸(xī)引它们，这些外围的恒(héng)星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使用一(yī)种相(xiāng)对(duì)标准的(de)方法(fǎ)来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是测量星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的(de)旋转速度(dù)。如(rú)果出现异(yì)常的结果，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的(de)力量进入(rù)其中。

于是(shì)科学家(jiā)们通过射电望远镜测量了距(jù)离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外(wài)，太阳(yáng)系位于(yú)银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个(gè)实际速度远远大于理论速度(dù)，那么产生以上这种向心加(jiā)速(sù)度的原因很可能就是存在着(zhe)一(yī)种我们(men)看(kàn)不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应(yīng)将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的(de)研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速度(dù)，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的(de)原因(yīn)。在一项新的(de)研(yán)究当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥(yáo)远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出现(xiàn)速度(dù)上(shàng)的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当(dāng)中存(cún)在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须存(cún)在暗物(wù)质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离(lí)析。但(dàn)是科学家(jiā)们使用最先(xiān)进(jìn)的(de)望远镜(jìng)对其进行了40个小时的(de)详细(xì)测量之后，发(fā)现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动(dòng)是(shì)可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人(rén)提出，也(yě)许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近(jìn)的(de)另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系存在。造成(chéng)这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是(shì)人类对引(yǐn)力的(de)理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的(de)工作(zuò)方式是(shì)不同的，这(zhè)意味着在行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它们(men)的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星系和(hé)星团的(de)尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的相互作用则(zé)是不同的方(fāng)式(shì)。对于在星系团之间的(de)相互作用(yòng)，科学家还引入了(le)外(wài)部场效应的(de)概念，指的(de)是(shì)在数百万光年(nián)的规(guī)模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进行修(xiū)正，这些发(fā)现也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于(yú)暗物质存在的其他的(de)理论(lùn)证据，这(zhè)些(xiē)理论证据是(shì)蒙德理论(lùn)所没法解释(shì)的(de)“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们(men)大部(bù)分的(de)普通质量都(dōu)在星系的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大(dà)部分的质量将(jiāng)位于(yú)所有这些气(qì)体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过(guò)什么来验证(zhèng)它的质(zhì)量区域到底是不是(shì)集中在(zài)中间呢(ne)？前(qián)不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远(yuǎn)镜传(chuán)回(huí)了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可(kě)以明显地看到(dào)很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了(le)巨大的形变(biàn)。其实这些星系(xì)本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题(tí)，而是这(zhè)样极遥(yáo)远的天(tiān)体和我们地球上(shàng)的(de)观测(cè)者之间。被一(yī)个质量(liàng)超(chāo)级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超(chāo)大质量的东(dōng)西的引力，会(huì)使身后更遥(yáo)远星系的(de)光都发生了扭曲(qū)。这个(gè)现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这个(gè)巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子(zi)弹(dàn)星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量(liàng)区域并不(bù)是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发(fā)生全部的碰撞时(shí)，可被(bèi)观(guān)测到的(de)质(zhì)量气体被卡在了中间，暗(àn)物质(zhì)则直(zhí)接通(tōng)过了这个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的引力透镜(jìng)研(yán)究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空(kōng)间背景(jǐng)上留下了各(gè)相同性(xìng)的微波(bō)辐射。其(qí)中(zhōng)红(hóng)色的部分表示温度(dù)较高的(de)区(qū)域(yù)，蓝色则表示相对较(jiào)冷的(de)区域，但实(shí)际上它(tā)们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通(tōng)过对(duì)前景背景分离后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物(wù)质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需(xū)要(yào)的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系(xì)当中恒星(xīng)运动所需要的暗(àn)物质比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一(yī)个简单的理论框架(jià)，就很好地解释了(le)很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么(me)？科学家们已经提出(chū)了数(shù)十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同(tón珂拉琪涂多了真的会得唇炎吗，唇炎会自愈吗g)的目标(biāo)粒子所需要的实验方式(shì)也不相(xiāng)同。在过(guò)去(qù)的几(jǐ)十(shí)年当中，人(rén)类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们已经进(jìn)行了(le)超过50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任(rèn)何实质性的发现，除(chú)了一(yī)个地(dì)方(fāng)，意大(dà)利的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地球上最大的(de)地(dì)学实验室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三(sān)层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒(lì)子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里(lǐ)的(de)科学家声称(chēng)观测到了(le)某种(zhǒng)信号。经过了20多(duō)年的数据(jù)收集，人们发现了一个有趣的(de)事(shì)情。探测率会在(zài)每年的6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降到最低(dī)，而且(qiě)在20年当中每(měi)年都是(shì)一样。一些科(kē)学(xué)家认为这可(kě)能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那(nà)么如(rú)果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的速度在(zài)穿(chuān)越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕(rào)银(yín)河系的(de)方(fāng)向(xiàng)是一致的，而(ér)另外半(bàn)年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而(ér)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(zhì)，这是理论上地球穿越(yuè)暗(àn)物质(zhì)流最快的(de)时段。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达(dá)到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实际的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相(xiāng)对银(yín)河系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这并不(bù)影响这个(gè)理论的(de)有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为这可以用(yòng)来解释，研究人员们所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其(qí)他的情(qíng)况，造(zào)成这种年度周(zhōu)期信号的差(chà)异也可能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山(shān)上的积雪，甚至连意(yì)大利游(yóu)客(kè)的数(shù)量也符合(hé)这个(gè)周期的规律。

所以，科学(xué)家(jiā)们又在(zài)南半球建立了(le)一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的(de)季节与之前的实(shí)验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流(liú)的运动(dòng)特征和第一个实验室(shì)是一(yī)样的。

因此，如果在这(zhè)里(lǐ)可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存(cún)在的(de)非常(cháng)有力(lì)的证据了。但(dàn)是(shì)由于(yú)这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无法(fǎ)提供相应(yīng)的数(shù)据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器(qì)提(tí)供的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用(yòng)途(tú)就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验(yàn)室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质(zhì)存在，它(tā)们极有可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命(mìng)的诞生，或(huò)者(zhě)说是生(shēng)命(mìng)进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意(yì)味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的(de)效(xiào)应创造生命。当然，这些(xiē)推论的大前(qián)提(tí)是要(yào)先找到暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新(xīn)的动力！

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