宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过去(qù)的几十年当中进(jìn)行了超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但是却(què)没(méi)有发现任何(hé)的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙中天体(tǐ)运动的规(guī)律(lǜ)。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文学家(jiā)们发现(xiàn)某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出(chū)现异(yì)常(cháng)，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知的(de)天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并(bìng)且发现了海王星(xīng)的(de)存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天(tiān)文成就的(de)例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学家弗里茨兹威基(jī)正在(zài)研究和测(cè)量(liàng)后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束(shù)缚在(zài)一(yī)起。测量星(xīng)系团(tuán)的质量一般会(huì)使(shǐ)用到两种方(fāng)法，当两种方(fāng)法(fǎ)结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学(xué)的质(zhì)量(liàng)"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的(de)光(guāng)度(dù)。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星系相对(duì)于星系团的运动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失了(le)，或者说这99%的质量(liàng)并不(bù)以可(kě)见光的形式所存在(zài)，我们无法看到(dào)。最诡异的是(shì)，在测量速(sù)度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的速度(dù)比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些(xiē)可(kě)见星系的(de)质量(liàng)所产生的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它(tā)们(men)早就应该被抛出(chū)星(xīng)系(xì)团之外了，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的力(lì)量在(zài)起作用，这(zhè)种力(lì)量来源于某种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了(le)这(zhè)样部分不(bù)可见的(de)暗质(zhì)，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大(dà)部(bù)分的质量。只是当时的人们对这样(yàng)的(de)一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再一(yī)次出现(xiàn)。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒星运动。理论上来(lái)说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行(xíng)速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人感到(dào)不可思(sī)议(yì)。

随着(zhe)与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这种现(xiàn)象，科学(xué)家们会使用一种(zhǒng)相对(duì)标准的(de)方法(fǎ)来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就是(shì)测(cè)量星系当中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距(jù)离星系(xì)中心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗(àn)物(wù)质的力(lì)量进入其中。

于(yú)是科(kē)学家(jiā)们通过射(shè)电望远镜(jìng)测量了距离星系(xì)中心更远(yuǎn)距疏离感和陌生感的意思是什么，疏离感和陌生感的区别离的氢元(yuán)素，发(fā)现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们(men)的太阳系也不例外，太(tài)阳系位(wèi)于银河(hé)系的第三(sān)悬臂(bì)之上(shàng)，距离银河(hé)系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有引力定(dìng)律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运行速度(dù)应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度远远大于(yú)理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可(kě)能(néng)就是存(cún)在着一(yī)种我们看(kàn)不到的物质(zhì)，是这些暗物(wù)质的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在(zài)星(xīng)系当中暗物(wù)质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这(zhè)个现象的原(yuán)因(yīn)。在一项新的研究当中，科(kē)学家(jiā)们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也(yě)会出现(xiàn)速度上的微小差(chà)异。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大(dà)约2.5亿(yì)光(guāng)年(nián)，大(dà)小(xiǎo)和银河系(xì)不多，但是星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)存在的恒(héng)星数(shù)量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在(zài)暗物(wù)质，否则就会分崩离(lí)析(xī)。但是科学家们(men)使用最先进的(de)望远(yuǎn)镜对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中的(de)恒星运(yùn)动(dòng)是可以用正常的物质(zhì)和力学定(dìng)律(lǜ)来(lái)解释的(de)。那么(me)又有人提出，也许该(gāi)星系的(de)暗物质，已(yǐ)经被附近(jìn)的(de)另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的(de)是(shì)，它的附近没(méi)有任何星系(xì)存在。造成(chéng)这些(xiē)现象的除了暗物(wù)质(zhì)的(de)假说之(zhī)外，另(lìng)一种(zhǒng)可(kě)能就是(shì)人类对(duì)引力的理(lǐ)解(jiě)还(hái)不够全(quán)面，引(yǐn)力很(hěn)可能在不同尺度空(kōng)间(jiān)中的工作方(fāng)式是不(bù)同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则(zé)是不同的方式。对(duì)于在星系团之间的相互作用，科学家还(hái)引入了外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年(nián)的(de)规(guī)模(mó)上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)成立(lì)，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理定(dìng)律进行修(xiū)正，这(zhè)些(xiē)发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说(shuō)理(lǐ)论就(jiù)此(cǐ)终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的(de)理(lǐ)论证据(jù)，这些(xiē)理(lǐ)论(lùn)证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们(men)大部分(fēn)的(de)普通质量都在(zài)星系的(de)气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰(pèng)撞的时候(hòu)，星(xīng)际气(qì)体的(de)相互(hù)作用就(jiù)会导(dǎo)致温度(dù)的急剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这些(xiē)气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域(yù)。那么我们(men)通过什么来验证它的质量区(qū)域(yù)到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了(le)宇宙当(dāng)中第一张全彩的(de)高清照(zhào)片，在照片(piàn)中我们可(kě)以明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的(de)形变。其实这(zhè)些星系本(běn)身并不(bù)是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和我们(men)地球上的观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大(dà)的(de)天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星系的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现象就(jiù)是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的(de)天体可能是(shì)超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人(rén)们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的(de)大质量区域并(bìng)不(bù)是在(zài)中间，而(ér)是在两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的解(jiě)释方法就是当星团(tuán)发(fā)生全(quán)部(bù)的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了(le)中间，暗物质则(zé)直(zhí)接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的(de)引力透(tòu)镜(jìng)研究(jiū)也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为(wèi)止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光(guāng)终于(yú)可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们(men)之间的温差(chà)只有万(wàn)分(fēn)之一。

科学(xué)家们通过对(duì)前景背(bèi)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(xiàn)，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起(qǐ)来不应该是(shì)这样的，而随着暗(àn)物质的(de)增(zēng)加，一些峰值的(de)幅度会减小，才(cái)变(biàn)得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的(de)测量值，我们需要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字(zì)与解释(shì)星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的(de)。这就意(yì)味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好地解释(shì)了很多不同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗(àn)物质的(de)本质(zhì)就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存在着某(mǒu)种类(lèi)型的(de)粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁(cí)作(zuò)用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相(xiāng)互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗(àn)物质(zhì)存在的(de)实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的实(shí)验方式(shì)也不相同。在过去的几十年当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质”，科学(xué)家(jiā)们(men)已经进行(xíng)了超过50次的实(shí)验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了(le)一个(gè)地方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层(céng)楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒(lì)子(zi)的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学(xué)家(jiā)声称观测到了(le)某种信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个有趣(qù)的事(shì)情(qíng)。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最(zuì)低(dī)，而且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学家认为(wèi)这(zhè)可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是为什么(me)暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期性的(de)年(nián)度信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我们(men)也(yě)在以这(zhè)样的(de)速度(dù)在穿越着暗物质(zhì)流(liú)，这个过程中会产生(shēng)相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太(tài)阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕银河(hé)系的方向(xiàng)是一致的，而另外半(bàn)年(nián)则与之相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的(de)时候，地(dì)球与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流最快的(de)时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理论的有效性(xìng)。

因此科学(xué)家认为这(zhè)可以用(yòng)来解释，研究人员(yuán)们所观测到(dào)的(de)周(zhōu)期性信号。当然也可能(néng)有其(qí)他的情况(kuàng)，造成(chéng)这(zhè)种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积雪，甚(sh疏离感和陌生感的意思是什么，疏离感和陌生感的区别èn)至连意(yì)大(dà)利游客(kè)的数量也符(fú)合这个(gè)周期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科(kē)学(xué)家们又(yòu)在南半球建立了一(yī)个几乎相同的实(shí)验室(shì)，这(zhè)里的季节与之(zhī)前(qián)的实验室正(zhèng)好相反，而在(zài)这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特(tè)征(zhēng)和第(dì)一个实(shí)验室是(shì)一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里可以(yǐ)得到相同的(de)信号(hào)，就可以成为暗(àn)物质所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由(yóu)于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关(guān)键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的(de)科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质(zhì)效应，会支持(chí)宇宙当中生命的(de)诞(dàn)生，或者(zhě)说是生命进化的一(yī)个(gè)重要因素(sù)。

如果这(zhè)一理论得(dé)到进(jìn)一步的证实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的(de)暗(àn)物质会不会意味着(zhe)人(rén)类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的(de)行星上，暗物(wù)质正在通(tōng)过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的(de)大前提是要先找到暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存(cún)不存(cún)在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我更新的(de)动力！

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