宇宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为何会存在科(kē)学无法解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么(me)？人(rén)类为(wèi)了寻(xún)找暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的(de)证据(jù)，科学家们在(zài)过去的(de)几十年当中进行了(le)超过(guò)50次(cì)的长期实验(yàn)，但是却没有发现(xiàn)任(rèn)何的有效证据。除了(le)一个(gè)地方，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万(wàn)有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天文(wén)学(xué)家(jiā)们发现(xiàn)某些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符合(hé)万有引力定律的时候，他们就(jiù)会知道(dào)，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过天(tiān)王星运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定(dìng)律所取(qǔ)得重(zhòng)大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都(dōu)是(shì)在恒(héng)星系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可当(dāng)我们上升到星系(xì)或者(zhě)是星(xīng)团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量(liàng)后(hòu)发星系(xì)团(tuán)的质量。这(zhè)是一(yī)个由数千个(gè)星系所(suǒ)组成(chéng)的巨(jù)大(dà)星系(xì)团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在一起。测量(liàng)星系团(tuán)的质量一(yī)般会使用(yòng)到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测(cè)量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系(xì)团中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对于星系团(tuán)的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度(dù)学质量”的(de)400倍。这意味着，后(hòu)发座星(xīng)系(xì)团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光(guāng)的形式(shì)所存在，我们无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异(yì)的是(shì)，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很(hěn)多星(xīng)系的速度比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按(àn)照(zhào)牛(niú)顿(dùn)的(de)运动学定律，仅靠这些可(kě)见星(xīng)系(xì)的质(zhì)量所产(chǎn)生(shēng)的引力是(shì)无法(fǎ)将(jiāng)它们(men)束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛(pāo)出星(xīng)系(xì)团(tuán)之外了(le)，除(chú)非(fēi)有一种神(shén)秘的(de)力量在起(qǐ)作用，这种力(lì)量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基(jī)提(tí)出了(le)这样(yàng)部分不(bù)可见的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光(guāng)、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是(shì)当时的人们对这(zhè)样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测仙(xiān)女座星(xīng)系中的恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢(m八哥鸟寿命是多少年àn)。但是他们观(guān)测(cè)的结(jié)果却让人(rén)感到(dào)不可思议。

随(suí)着与中心距离(lí)的增加，恒(héng)星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在(zài)星系当中如(rú)果没(méi)有足够大的质量来吸(xī)引它们，这些外(wài)围的(de)恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方法来解(jiě)释暗(àn)物质(zhì)的存(cún)在，这(zhè)种方法(fǎ)就(jiù)是测(cè)量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出(chū)现异(yì)常的结(jié)果，就(jiù)认为(wèi)是由暗(àn)物质的(de)力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通(tōng)过射(shè)电望远镜测量了距(jù)离星系(xì)中心更(gèng)远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合(hé)牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的(de)第三悬(xuán)臂(bì)之(zhī)上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度(dù)应(yīng)该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论(lùn)速度(dù)，那么产生以上(shàng)这(zhè)种向心(xīn)加速度的原因很可能就是存在着一(yī)种(zhǒng)我们看不到的(de)物质，是这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是(shì)从这时开(kāi)始，越来越(yuè)多的(de)研究人员(yuán)开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系(xì)外恒(héng)星(xīng)轨道的速度，估算在星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)暗物质的(de)质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以解释这个(gè)现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科(kē)学家们(men)发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发(fā)现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗(àn)物(wù)质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们使用最先(xiān)进的(de)望远镜(jìng)对(duì)其进行了(le)40个(gè)小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之后，发现星系(xì)中(zhōng)的恒星(xīng)运动是可以用正常的物质和(hé)力学定律(lǜ)来(lái)解(jiě)释的。那么又(yòu)有人提出(chū)，也许该星(xīng)系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另(lìng)一个大(dà)星系剥离(lí)了。奇怪(guài)的是，它(tā)的附近没有(yǒu)任何星(xīng)系存在。造成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一(yī)种可能(néng)就是人类对引力的理解还不(bù)够全面，引(yǐn)力很可(kě)能(néng)在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不同(tóng)的，这(zhè)意味着在(zài)行星系尺度中的天(tiān)体会沿(yán)着它们的(de)轨道，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的方式(shì)运动(dòng)。但(dàn)是(shì)上升到星系(xì)和星团(tuán)的尺度，引力之间的(de)相互作用则是不同的方式(shì)。对于(yú)在星系团(tuán)之间(jiān)的相(xiāng)互作(zuò)用，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外部场效应的(de)概念(niàn)，指的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会产生(shēng)对(duì)彼此(cǐ)特殊的(de)效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这(zhè)意味着我们需(xū)要(yào)对现(xiàn)在的物理定(dìng)律(lǜ)进行修正，这些发(fā)现也让很多人(rén)认为暗物质假说理论(lùn)就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他(tā)的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所(suǒ)没法解释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星团，它们(men)大部分(fēn)的普(pǔ)通质量都在(zài)星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互作(zuò)用就会(huì)导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位(wèi)于所有这(zhè)些气体所(suǒ)在的中间区(qū)域(yù)。那么我们通(tōng)过(guò)什么(me)来验证它的质量区(qū)域到(dào)底是(shì)不(bù)是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全彩的(de)高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远(yuǎn)的天体和我们(men)地球上的观测(cè)者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的(de)天体可(kě)能是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或(huò)者是(shì)暗(àn)物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的时候，发(fā)现它的大(dà)质量区域并不是(shì)在(zài)中间，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以最好的解释方(fāng)法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在(zài)了(le)中间，暗(àn)物质则直接通过了(le)这个区域，并在两(liǎng)边(biān)形成了引力透镜。对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系团的(de)引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)研究也被(bèi)认为是(shì)暗物质存在(zài)的(de)迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了(le)130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上留下了各相(xiāng)同(tóng)性的微波(bō)辐射(shè)。其(qí)中红色的(de)部分表示温度较(jiào)高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的(de)区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科(kē)学家(jiā)们通过对前景背景(jǐng)分离后的二值图像进行(xíng)连通域提取和标(biāo)记之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当(dāng)中没(méi)有暗(àn)物质，图(tú)形(xíng)看起(qǐ)来不应该是这样(yàng)的(de)，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的(de)幅度会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙(八哥鸟寿命是多少年zhòu)微波(bō)背景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物质(zhì)大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星(xīng)系当中恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)所需要的暗物质比例(lì)是一(yī)致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了一个(gè)简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们(men)不参(cān)与任何其他(tā)的(de)电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒(lì)子的(de)存在，就相当于找到了暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的(de)实际证据。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科(kē)学(xué)家们(men)已经提出(chū)了数十种的(de)假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需(xū)要(yào)的实验(yàn)方式也不相同。在(zài)过(guò)去的几(jǐ)十(shí)年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规(guī)物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过(guò)50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一(yī)个(gè)地方，意大利的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着地球(qiú)上最大(dà)的地学实验室，这(zhè)个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测(cè)器(qì)，一直致(zhì)力(lì)于寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的(de)周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到(dào)了某种信号(hào)。经过了(le)20多年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的事情。探测率会(huì)在每(měi)年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低(dī)，而(ér)且(qiě)在20年当中每年(nián)都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的(de)第一个(gè)直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期性的(de)年(nián)度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也(yě)在以(yǐ)这(zhè)样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半年的(de)时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系的(de)方(fāng)向是一致的，而另外半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段(duàn)。而在(zài)11月(yuè)份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的(de)平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并不影响这(zhè)个理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为这可以用来解释，研(yán)究人员们所观测(cè)到的周期性(xìng)信号。当(dāng)然也可能(néng)有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成这种年度周期(qī)信号的差异也(yě)可能是温度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数量(liàng)也符合这(zhè)个周期(qī)的规律。

所以，科学家们(men)又(yòu)在南半球(qiú)建(jiàn)立了(le)一(yī)个几乎相同的实(shí)验室(shì)，这里的季节与之前(qián)的实验(yàn)室正好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质所存(cún)在的非常有力的(de)证(zhèng)据了。但是由(yóu)于这(zhè)个(gè)实验室刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截(jié)至目前还无(wú)法(fǎ)提供(gōng)相应(yīng)的数据支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射(shè)一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器(qì)提供的视野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中(zhōng)一(yī)个关键的(de)用途(tú)就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于(yú)探测(cè)的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子(zi)天(tiān)体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如(rú)果暗(àn)物(wù)质存在，它们极有可能拥有另一种神秘(mì)的效(xiào)应，这(zhè)种暗物质(zhì)效(xiào)应，会支(zhī)持(chí)宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生(shēng)命(mìng)进化(huà)的一个重(zhòng)要因素。

如(rú)果这一理论得到进(jìn)一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味着(zhe)人(rén)类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是(shì)要先找到暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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