宇宙是“人为制造”的(de)？为(wèi)何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据(jù)，科学(xué)家(jiā)们在(zài)过(guò)去的几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期(qī)实验，但是却没有发现任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除了(le)一个(gè)地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学(xué)原理(lǐ)一(yī)书(shū)中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律。往后的(de)几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家们发(fā)现某些天(tiān)体运行轨道出(chū)现异常，不符(fú)合万有(yǒu)引力定律的时(shí)候，他们就会知道(dào)，周围(wéi)一定有(yǒu)未知的天体通(tōng)过引力(lì)在(zài)摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过(guò)天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引力定律(lǜ)所取(qǔ)得重大(dà)天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团(tuán)的(de)尺度，事情就开(kāi)始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系(xì)团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的质量一(yī)般会使用到两种方(fāng)法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其(qí)"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需要(yào)的(de)数据是测量各个星(xīng)系的(de)光度。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系(xì)团中(zhōng)的(de)各个(gè)星(xīng)系相对(duì)于(yú)星系(xì)团的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者说这99%的质量并不(bù)以(yǐ)可见光的(de)形式所存(cún)在，我(wǒ)们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多(duō)星系的速度比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星(xīng)系的(de)质量所产生(shēng)的引力是无法将它们(men)束(shù)缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被(bèi)抛出星系(xì)团之外(wài)了(le)，除非有一(yī)种神秘(mì)的力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当(dāng)时的人们(men)对这样的一种说法(fǎ)不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次(cì)出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特(tè)福特在(zài)观测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的(de)恒星(xīng)运动。理论上(shàng)来说，距离中心越(yuè)远的恒(héng)星在其轨道上的(de)运行速(sù)度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人感到(dào)不(bù)可思议。

随着与中心(xīn)距(jù)离的(de)增加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎(hū)保持不变。可是根(gēn)据牛(niú)顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸引它们(men)，这些外(wài)围的恒星(xīng)早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相对标准的方(fāng)法来(lái)解(jiě)释(shì)暗物(wù)质的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是测量星(xīng)系当中气体在X轴上(shàng)距离星系(xì)中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科(kē)学家(jiā)们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中(zhōng)心更(gèng)远(yuǎn)距离(lí)的氢(qīng)元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳(yáng)系位于银河系(xì)的(de)第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速(sù)度(dù)应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向心加速度的原(yuán)因很可(kě)能就是存在(zài)着一种我(wǒ)们看不到(dào)的物质，是这些(xiē)暗(àn)物(wù)质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来越多的(de)研(yán)究人员开(kāi)始相(xiāng)信(xìn)暗物质的存在。科学(xué)家根据星(xīng)系外(wài)恒(héng)星轨道的速度(dù)，估算在(zài)星系当中暗物(wù)质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释(shì)这个现象的原因(yīn)。在一项新(xīn)的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只有银河系的(de)千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该星系必(bì)须存(cún)在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的(de)望远镜(jìng)当兵的人会不会那方面不行，当兵男是不是都精力旺盛对(duì)其进行了40个小时(shí)的详(xiáng)细测量之后，发现星系(xì)中的恒星运(yùn)动是(shì)可以用正常的物质和力学定律来(lái)解释的。那么又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另一个(gè)大星系(xì)剥离了。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近没有任何(hé)星系存(cún)在。造成这些现象的除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可能(néng)就是人类对引力(lì)的理解(jiě)还(hái)不(bù)够全(quán)面，引(yǐn)力很可能(néng)在不同尺(chǐ)度(dù)空间中(zhōng)的工(gōng)作方式是不同的(de)，这意味着在行星系尺度中的(de)天体会沿(yán)着(zhe)它们(men)的(de)轨道，按照我们(men)所理解(jiě)的方式运(yùn)动。但是上(shàng)升到星(xīng)系和星(xīng)团的(de)尺度，引力之间的(de)相(xiāng)互(hù)作用则(zé)是不同(tóng)的(de)方式。对于(yú)在(zài)星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了(le)外部场效应的概念，指的(de)是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味(wèi)着我们需(xū)要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些(xiē)发(fā)现也让(ràng)很多(duō)人认为暗(àn)物质(zhì)假说(shuō)理论就此(cǐ)终结(jié)。但是(shì)在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德(dé)理论(lùn)所(suǒ)没(méi)法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组(zǔ)成(chéng)，类(lèi)似这(zhè)样(yàng)的星(xīng)团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气(qì)体(tǐ)当中(zhōng)。当(dāng)星(xīng)团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的(de)相互作用就(jiù)会导(dǎo)致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所(suǒ)有(yǒu)这些(xiē)气(qì)体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域。那么我们通(tōng)过什么(me)来验证(zhèng)它的质量区域到底是(shì)不是(shì)集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地(dì)看(kàn)到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些(xiē)星系本身并(bìng)不是真的(de)被扭曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问(wèn)题(tí)，而(ér)是这(zhè)样(yàng)极遥远的天体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的(de)东西的(de)引(yǐn)力(lì)，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星系的光(guāng)都(dōu)发生了(le)扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质量区域(yù)并不(bù)是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直(zhí)接通过了这(zhè)个区域，并在(zài)两边形成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认(rèn)为是暗物质存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的(de)理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万(wàn)年(nián)之(zhī)后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了(le)各相同性(xìng)的(de)微(wēi)波辐射。其中红色(sè)的部(bù)分(fēn)表示温度(dù)较(jiào)高(gāo)的区(qū)域，蓝(lán)色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上(shàng)它们(men)之间(jiān)的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过(guò)对前景背(bèi)景分离(lí)后的二值图像(xiàng)进行连通域提取(qǔ)和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没(méi)有暗物质，图(tú)形(xíng)看(kàn)起来(lái)不(bù)应(yīng)该是这样(yàng)的，而随着暗物质的(de)增加，一些(xiē)峰值的(de)幅度会减(jiǎn)小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物(wù)质大约是普通(tōng)物(wù)质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星系当中(zhōng)恒星运动(dòng)所需要的暗(àn)物质比(bǐ)例是(shì)一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就(jiù)很(hěn)好(hǎo)地(dì)解释了很多(duō)不同的观测结果(guǒ)。而(ér)暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在(zài)着(zhe)某种类型的(de)粒(lì)子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通(tōng)过(guò)引(yǐn)力来相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)。所(suǒ)以(yǐ)如果能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到了暗物质存(cún)在的实当兵的人会不会那方面不行，当兵男是不是都精力旺盛际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们(men)已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而要寻找这(zhè)些不同的目标(biāo)粒子所需要的实验(yàn)方式也(yě)不相同(tóng)。在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人(rén)类为了寻找这些看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用(yòng)的(de)“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次(cì)的实(shí)验，却没(méi)有任何(hé)实(shí)质(zhì)性的发现，除了一个地方(fāng)，意(yì)大利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的(de)地(dì)下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大(dà)的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家(jiā)声(shēng)称(chēng)观测到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过了20多年(nián)的数(shù)据(jù)收集，人(rén)们发现了(le)一个(gè)有趣(qù)的(de)事(shì)情。探测率会在(zài)每年的(de)6月份达(dá)到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年(nián)都是一(yī)样。一些科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期性的年度信号(hào)呢(ne)？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度(dù)围绕着银(yín)河(hé)系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的(de)速度在穿越着(zhe)暗物(wù)质流(liú)，这个(gè)过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕太阳(yáng)进行(xíng)旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另外半年则与之(zhī)相(xiāng)反。

而(ér)在(zài)6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全一(yī)致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到(dào)了最慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河(hé)系(xì)的平面呈现了60度的(de)倾斜(xié)，但是这(zhè)并不影(yǐng)响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释(shì)，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也可能(néng)有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信(xìn)号的差(chà)异(yì)也(yě)可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的(de)积(jī)雪，甚至连意大利游客(kè)的数(shù)量也符合(hé)这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以(yǐ)，科学(xué)家们又在(zài)南(nán)半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实(shí)验(yàn)室正好相反(fǎn)，而在这里，地(dì)球(qiú)穿过(guò)暗(àn)物质流的运动特征和(hé)第(dì)一(yī)个(gè)实验室是一样的(de)。

因此，如(rú)果(guǒ)在这(zhè)里可以(yǐ)得(dé)到相同(tóng)的(de)信号(hào)，就可以成(chéng)为暗(àn)物质所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据(jù)了(le)。但是由于这(zhè)个实(shí)验室刚(gāng)刚建成不久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还无法提(tí)供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这(zhè)台太(tài)空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视(shì)野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希(xī)格(gé)雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中一个关键的用途就是探索暗(àn)物(wù)质背后的奥(ào)秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了(le)。费米(mǐ)实验(yàn)室(shì)粒子天体(tǐ)物理中(zhōng)心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究(jiū)发(fā)现，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它(tā)们极(jí)有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生命的(de)诞生，或(huò)者(zhě)说是(shì)生命进化的一(yī)个重要(yào)因素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到(dào)进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味着(zhe)人类并不孤单呢(ne)？或(huò)许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗(àn)物质(zhì)正(zhèng)在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论(lùn)的(de)大(dà)前提是要先找到暗(àn)物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴们(men)，你们觉得暗(àn)物质(zhì)到(dào)底存不存(cún)在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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