宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在(zài)科学无(wú)法解(jiě)释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是(shì)什么(me)？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科(kē)学家们(men)在过(guò)去的几十年当中进行(xíng)了超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任何(hé)的有效(xiào)证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数(shù)学原理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿(dùn)发表了(le)万有引力定律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动的(de)规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来(lái)，当天文学家们(men)发现(xiàn)某(mǒu)些天体运(yùn)行(xíng)轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定(dìng)律的时(shí)候，他(tā)们就会(huì)知道，周围一定有未知的(de)天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通(tōng)过天(tiān)王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应(yīng)用万(wàn)有引力定律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是(shì)这(zhè)些发(fā)现都是在恒星系统的尺(chǐ)度(dù)当中(zhōng)，可(kě)当我们上升到星系(xì)或者(zhě)是星团的(de)尺度(dù)，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学(xué)家弗(fú)里茨兹威基正在研(yán)究和(hé)测量后发(fā)星系团的质量(liàng)。这是一个由数千(qiān)个星(xīng)系(xì)所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚(fù)在(zài)一(yī)起(qǐ)。测量星系(xì)团(tuán)的质量一般会(huì)使用到(dào)两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的范(fàn)围。

第(dì)一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是(shì)动(dòng)力学(xué)质量的(de)计(jì)算(suàn)，是利用光(guāng)谱红移测量(liàng)星系团中的各个星(xīng)系相(xiāng)对于星(xīng)系团的(de)运动(dòng)速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后(hòu)发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可(kě)见(jiàn)光的形式所存(cún)在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论上要(yào)快(kuài)得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见(jiàn)星系的(de)质量所产生的(de)引(yǐn)力是无法(fǎ)将它们(men)束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神(shén)秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源(yuán)于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样部分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的(de)质量。只使出吃奶的劲儿，吃奶的劲都使出来了是什么意思是当时(shí)的(de)人们(men)对(duì)这样的一种说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个(gè)词才再一次出现(xiàn)。天文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特(tè)福(fú)特在观测使出吃奶的劲儿，吃奶的劲都使出来了是什么意思仙女座星系中(zhōng)的恒(héng)星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运(yùn)行(xíng)速(sù)度就会越慢(màn)。但(dàn)是他们(men)观测(cè)的结果却让人感到(dào)不可思议。

随着(zhe)与中心距离的(de)增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在星(xīng)系(xì)当中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了(le)。基于(yú)这(zhè)种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气(qì)体在X轴上距离星系(xì)中心的(de)距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们通过(guò)射电望远镜(jìng)测量了(le)距离星系中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们(men)的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的(de)太阳系也(yě)不例外(wài)，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据(jù)万有引力(lì)定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳系的(de)运行速(sù)度应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际(jì)速(sù)度远远大(dà)于理论速(sù)度(dù)，那(nà)么产生以上(shàng)这种向心加速度的(de)原因很可能就(jiù)是存在着一种我们(men)看不到的物质，是(shì)这些暗(àn)物质的引(yǐn)力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人(rén)员开始相信(xìn)暗物质(zhì)的存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的(de)研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效(xiào)应的(de)遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也会(huì)出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一(yī)个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大(dà)约(yuē)2.5亿(yì)光年(nián)，大小(xiǎo)和银河系(xì)不多，但是星(xīng)系(xì)当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们使(shǐ)用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发(fā)现星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么(me)又(yòu)有人(rén)提(tí)出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个(gè)大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星(xīng)系存在。造成(chéng)这些(xiē)现象的(de)除了暗物质的(de)假说之外，另一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方(fāng)式是不同的，这(zhè)意味着在行(xíng)星系(xì)尺度中的天体会沿着它们(men)的(de)轨道，按(àn)照我们所理解(jiě)的(de)方式运动(dòng)。但是上升到(dào)星系和(hé)星(xīng)团的(de)尺度，引力之(zhī)间的相互(hù)作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科学家还(hái)引入了外部场效(xiào)应的概念，指的(de)是(shì)在数(shù)百万(wàn)光年(nián)的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立，这意(yì)味着我们(men)需要对现在(zài)的(de)物理(lǐ)定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很多人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的(de)其他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理论证据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样的星团(tuán)，它们大部分的普通质(zhì)量(liàng)都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的(de)相(xiāng)互作(zuò)用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大(dà)部分的质量将位于(yú)所有(yǒu)这些气体所在的中间区域(yù)。那么我们通过什么来(lái)验(yàn)证它的质(zhì)量(liàng)区域到底是不(bù)是(shì)集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回了(le)宇宙当中(zhōng)第一(yī)张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们(men)可以明显(xiǎn)地看到很多星系似(shì)乎被拉伸(shēn)产生了(le)巨(jù)大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么(me)问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和(hé)我们地球上的(de)观(guān)测者之(zhī)间。被(bèi)一个质量超级巨(jù)大的天(tiān)体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会使身后(hòu)更(gèng)遥(yáo)远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这(zhè)个巨(jù)大的天体(tǐ)可(kě)能(néng)是超(chāo)大质量的黑洞或(huò)者是暗(àn)物质(zhì)。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测的时(shí)候(hòu)，发(fā)现它(tā)的大质(zhì)量区域并(bìng)不(bù)是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团(tuán)发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气(qì)体被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也(yě)被认为(wèi)是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还(hái)有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年(nián)之(zhī)后，可见光终于(yú)可(kě)以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对(duì)较(jiào)冷的区(qū)域，但实际上它(tā)们之间(jiān)的温(wēn)差(chà)只有万(wàn)分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而(ér)随着(zhe)暗物质的增加(jiā)，一(yī)些峰(fēng)值的幅度会减小，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微(wēi)波背景辐(fú)射的测量(liàng)值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物(wù)质大(dà)约(yuē)是普通物质的(de)5倍。这个数(shù)字与解释(shì)星系(xì)当中(zhōng)恒(héng)星运(yùn)动所需要的暗(àn)物质(zhì)比例是一(yī)致的。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了一个简单的(de)理论(lùn)框架，就很好地解(jiě)释了很多不(bù)同的观(guān)测(cè)结果。而(ér)暗物质的(de)本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当中存在着(zhe)某(mǒu)种类(lèi)型的(de)粒子，它们不(bù)参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了暗物(wù)质存在的实(shí)际证据(jù)。这种粒子(zi)到底是(shì)什么？科学家们已经提出了数(shù)十种的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需(xū)要的实验方(fāng)式(shì)也(yě)不相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找这(zhè)些看不见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与常(cháng)规物质相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质”，科(kē)学家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了(le)一(yī)个地方(fāng)，意大利(lì)的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实(shí)验室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三(sān)层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的(de)科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收(shōu)集(jí)，人们发(fā)现(xiàn)了(le)一个有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且在20年(nián)当中每年都是(shì)一样。一些科学家(jiā)认为这可能是(shì)人类(lèi)发现暗物质的第一个直接(jiē)证据(jù)。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期(qī)性的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才(cái)我(wǒ)们讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的速(sù)度(dù)围绕着银河系进行移动(dòng)，那(nà)么(me)如果暗物质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时(shí)地球又以30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银(yín)河系的方向是(shì)一致的，而另(lìng)外半(bàn)年则(zé)与之相反。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地球与太(tài)阳的方(fāng)向(xiàng)正(zhèng)好(hǎo)达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研究人员们(men)所(suǒ)观(guān)测到的周期性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成(chéng)这(zhè)种年度周期信号的差(chà)异也可能是(shì)温度、湿(shī)度(dù)、土壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至连意大利(lì)游(yóu)客的数量也符合(hé)这个周期(qī)的(de)规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球(qiú)建立了一(yī)个(gè)几乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这(zhè)里的(de)季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在(zài)这(zhè)里，地球穿过暗(àn)物质流的(de)运动特征和第(dì)一(yī)个实验室是一样的(de)。

因此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号(hào)，就(jiù)可以成(chéng)为(wèi)暗物(wù)质所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于(yú)这个实(shí)验室刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前(qián)还无法提(tí)供相应(yīng)的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野(yě)是(shì)哈(hā)勃红(hóng)外仪器(qì)的(de)100倍。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探索暗物(wù)质背(bèi)后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子(zi)天体物(wù)理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的(de)诞(dàn)生，或者(zhě)说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如(rú)果(guǒ)这一(yī)理论得到(dào)进一步的证实(shí)，那(nà)么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当(dāng)中的(de)暗物质(zhì)会(huì)不会意味着人类(lèi)并不孤单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个(gè)角落的行星(xīng)上，暗(àn)物质正(zhèng)在(zài)通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的(de)实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物(wù)质(zhì)到底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支持是我(wǒ)更新(xīn)的动(dòng)力！

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