宇宙是(shì)“人为(wèi)制造(zào)”的(de)？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中进行了超过50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但是却没有(yǒu)发(fā)现任何的有效证据。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲(zhé)学(xué)数学原(yuán)理一(yī)书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿发表了(le)万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规(guī)律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力在(zài)摄动它(tā)的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就(jiù)通过天(tiān)王星运行轨道的异(yì)常(cháng)，推算并且发(fā)现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发(fā)现都(dōu)是应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所(suǒ)取得重大天文成就的例(lì)子。但(dàn)是这(zhè)些发现都(dōu)是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是(shì)星团的尺度(dù)，事(shì)情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威(wēi)基(jī)正(zhèng)在研究和(hé)测量后发星系(xì)团的质量。这是一个(gè)由数千个(gè)星(xīng)系所组成的巨大在太空呼吸一口会怎么样，外太空呼吸是什么感觉星(xīng)系团(tuán)，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测(cè)量星系团的质(zhì)量一(yī)般会使用(yòng)到两种方法(fǎ)，当(dāng)两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团(tuán)中的各个星系(xì)相(xiāng)对(duì)于星系团的运动(dòng)速度。当测量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基(jī)发(fā)现星(xīng)系团中很多星系(xì)的速(sù)度比理论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质(zhì)量所产生的(de)引力是无(wú)法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了(le)，除非有一种(zhǒng)神秘(mì)的力量在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不(bù)可见的(de)暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是(shì)它(tā)们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是(shì)当时的人们对这样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词才再一次(cì)出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测仙(xiān)女座星(xīng)系(xì)中的恒星运动。理论(lùn)上来(lái)说(shuō)，距离中心越远的恒星(xīng)在其(qí)轨(guǐ)道上的运行速度(dù)就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人感到(dào)不(bù)可思议。

随着(zhe)与中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系(xì)当中如(rú)果没有足够(gòu)大的质量(liàng)来吸引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一种相对(duì)标准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是(shì)科学家(jiā)们通过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了(le)距(jù)离星(xīng)系(xì)中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太(tài)阳(yáng)系也(yě)不(bù)例(lì)外(wài)，太阳系位(wèi)于银河系(xì)的第(dì)三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论速度，那么(me)产生以(yǐ)上这种向心加速度(dù)的原因很可能就是(shì)存在着一种我(wǒ)们看不(bù)到的物质，是(shì)这些暗物(wù)质的引(yǐn)力效应(yīng)将星(xīng)系聚集在了一起。

也(yě)是从这时(shí)开始，越来(lái)越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质(zhì)的存(cún)在(zài)。科学(xué)家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一(yī)项新(xīn)的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文(wén)学家还发现了一个反常的(de)星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多(duō)，但(dàn)是星系当中存(cún)在(zài)的恒(héng)星(xīng)数量却只(zhǐ)有银(yín)河系的(de)千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须(xū)存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进的(de)望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量之后，发(fā)现星系(xì)中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的(de)物(wù)质(zhì)和(hé)力(lì)学定律来(lái)解释(shì)的。那么(me)又(yòu)有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象的除了暗(àn)物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可能就是(shì)人类对引力的理解还(hái)不够(gòu)全面，引力很可能(néng)在不同(tóng)尺度空间(jiān)中(zhōng)的(de)工作方式(shì)是不(bù)同的(de)，这意味着在(zài)行星系尺度(dù)中的天体(tǐ)会(huì)沿着它们的(de)轨道(dào)，按(àn)照我们所理解(jiě)的方式(shì)运动。但是上升到星系和(hé)星团(tuán)的(de)尺度，引力之间的(de)相互(hù)作用则(zé)是不同的(de)方式。对于在星系团之(zhī)间的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家(jiā)还(hái)引入了外部场效应的概(gài)念，指的是(shì)在数百万光年(nián)的规模(mó)上，巨大(dà)的(de)质量之间会(huì)产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也(yě)让很多人(rén)认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说(shuō)理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在(zài)的其(qí)他(tā)的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些理论证据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年(nián)的子(zi)弹星系(xì)团，由两个(gè)碰(pèng)撞的星(xīng)系团所(suǒ)组成，类似(shì)这样的星团，它们(men)大部分的(de)普通质量都在星(xīng)系的气体当中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的(de)急(jí)剧升高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所有(yǒu)这些气体所在的(de)中间区域。那(nà)么(me)我们(men)通(tōng)过什么来验证它的质量区域到底是(shì)不(bù)是集中在(zài)中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的(de)高清照(zhào)片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的(de)形变。其(qí)实这些(xiē)星系本身并(bìng)不是真的(de)被扭曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球上的观测者之间。被一(yī)个质(zhì)量超(chāo)级巨大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的东(dōng)西的引力(lì)，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星系的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天(tiān)体可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测的时候，发(fā)现它的大质量区(qū)域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法(fǎ)就(jiù)是当星团发生全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个(gè)区域(yù)，并在(zài)两边(biān)形(xíng)成(chéng)了引力透镜(jìng)。对(duì)子(zi)弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的(de)理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自(zì)宇宙当中最古老(lǎo)的(de)光(guāng)。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经过(guò)了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了(le)各相(xiāng)同性的微波(bō)辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷(lěng)的区域(yù)，但实际上它们之间的(de)温差只有万分之(zhī)一(yī)。

科学家们(men)通过对前(qián)景背景分(fēn)离后的二(èr)值图像进行连通域提取(qǔ)和(hé)标记之后发(fā)现，如(rú)果宇宙当(dāng)中没有暗物(wù)质，图形看(kàn)起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一(yī)些峰(fēng)值的幅度会减小，才变(biàn)得看(kàn)起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们需要的(de)暗(àn)物(wù)质大(dà)约是(shì)普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是一(yī)致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地(dì)解释了很多不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁(cí)作用，只通过引(yǐn)力来相(xiāng)互作(zuò)用。所(suǒ)以(yǐ)如(rú)果能够找到这种(zhǒng)粒(lì)子(zi)的存在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经提出了数(shù)十种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这些不(bù)同(tóng)的目标粒子(zi)所需要(yào)的实验(yàn)方式也不相同。在过去的(de)几十年当中，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与常规(guī)物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的实验，却没有任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除(chú)了(le)一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的(de)地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一(yī)个三层楼高的(de)探测器(qì)，一(yī)直致力(lì)于(yú)寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到了某种信号。经过(guò)了(le)20多年(nián)的数据收集(jí)，人们发现了(le)一(yī)个有趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会在每(měi)年(nián)的6月(yuè)份达到(dào)峰值(zhí)，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学家认为这可能(néng)是人类发(fā)现(xiàn)暗物(wù)质的(de)第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么(me)暗(àn)物质会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕着(zhe)银(yín)河系进(jìn)行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意(yì)味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的(de)方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候(hòu)，地球与太阳的方向正好(hǎo)达(dá)到完全一致，这(zhè)是(shì)理(lǐ)论上(shàng)地球穿越(yuè)暗(àn)物质流最快的时段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况中，太阳系(xì)相对(duì)银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的(de)有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用(yòng)来解释，研(yán)究人(rén)员(yuán)们所观测到的周期性信号(hào)。当(dāng)然也可(kě)能(néng)有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分(fēn)、高(gāo)山上的积雪，甚至连(lián)意(yì)大利游客的数量也(yě)符(fú)合这(zhè)个周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科(kē)学家(jiā)们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里的(de)季节(jié)与之前的实(shí)验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第(dì)一个实验室是一样(yàng)的(de)。

因此，如果在(zài)这里可(kě)以得到相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的证据了(le)。但是由(yóu)于这个实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至(zhì)目前(qián)还(hái)无法提供相应的数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提供的视野是哈勃红(hóng)外(wài)仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中一个关键的用途就是(shì)探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结(jié)果，我们(men)只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒(lì)子(zi)天体(tǐ)物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这(zhè)种(zhǒng)暗(àn)物质效应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说(shuō)是生(shēng)命进化的一个(gè)重要(yào)因素。

如果这一理论得到进一步(bù)的证实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中的(de)暗物质会不(bù)会意味着人(rén)类并不孤(gū)单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当中某个(gè)角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前(qián)提是要先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉(jué)得暗物(wù)质到底存不存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的(de)支持是(shì)我更(gèng)新的动力！

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