宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存(cún)在科学(xué)无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是什么？人(rén)类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在的证据(jù)，科(kē)学家(jiā)们在过去的几十年当中进行(xíng)了超过(guò)50次(cì)的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的(de)有(yǒu)效(xiào)证(zhèng)据。除了一个(gè)地方，在(zài)1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学数学(xué)原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发表了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的(de)规律。往后(hòu)的几百年来(lái)，当天文(wén)学家们发现某些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会(huì)知道(dào)，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通过天王星运行(xíng)轨道的(de)异(yì)常，推(tuī)算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的(de)发现都是(shì)应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升(shēng)到(dào)星系(xì)或者(zhě)是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研(yán)究和(hé)测量后发星系团的(de)质(zhì)量。这是一个由数千个星(xīng)系所(suǒ)组成的(de)巨大星(xīng)系团，这些(xiē)星系被引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测(cè)量(liàng)星(xīng)系团(tuán)的质量(liàng)一般会使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当两种方(fāng)法(fǎ)结果一致，就(jiù)可以确定(dìng)其(qí)质量(liàng)的(de)范围。

第一种是获(huò)得(dé)其"光度(dù)学的质量"，需要的(de)数据是测量各个(gè)星(xīng)系的光度(dù)。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测(cè)量星(xīng)系团中(zhōng)的各个星系(xì)相对于(yú)星系(xì)团的运动速度。当测量结果出(chū)来(lái)之后，兹威(wēi)基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是(shì)“光度(dù)学(xué)质量”的(de)400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们(men)无(wú)法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星(xīng)系的速度(dù)比理论(lùn)上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这(zhè)些可见星系的(de)质量所产生的引力是无法将它们(men)束(shù)缚(fù)在星系团内(nèi)的(de)，它们早就应(yīng)该被(bèi)抛出星系(xì)团之(zhī)外了，除非有一种神秘的(de)力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量(liàng)来(lái)源于(yú)某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据(jù)此(cǐ)，兹维基(jī)提出了这(zhè)样部(bù)分不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们(men)对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出(chū)现。天文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观(guān)测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在(zài)其轨道上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观(guān)测的结果(guǒ)却让人感到不(bù)可(kě)思(sī)议。

随(suí)着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不(bù)变。可是根(gēn)据牛(niú)顿的万有引力定律，在(zài)星系(xì)当中如果没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学(xué)家们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星(xīng)系(xì)当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距离(lí)星系中(zhōng)心的(de)距离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家(jiā)们(men)通过射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们(men)的旋转速(sù)度并不符合(hé)牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我(wǒ)们(men)的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离(lí)银(yín)河系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运行速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳系(xì)正(zhèng)在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速(sù)度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速(sù)度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上这(zhè)种向心加速度的原因很(hěn)可(kě)能就是(shì)存在(zài)着(zhe)一(yī)种我们看不到的(de)物质，是这些暗物质(zhì)的(de)引(yǐn)力效应将星系聚集在了(le)一(yī)起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始，越来(lái)越多的研究人(rén)员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在(zài)星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出(chū)现(xiàn)速度上的微(wēi)小差异(yì)。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年(nián)，大小和银河系不多，但(dàn)是(shì)星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有(yǒu)银(yín)河系的千分(fēn)之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进的望(wàng)远镜(jìng)对其(qí)进行了40个(gè)小时的(de)详细(xì)测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用(yòng)正常的物质(zhì)和力学定律(lǜ)来解释(shì)的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被(bèi)附(fù)近的另一(yī)个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可(kě)能(néng)就(jiù)是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度(dù)空间中的工作(zuò)方式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺度(dù)中的(de)天体会沿着它们的(de)轨道，按(àn)照我们所理解的方(fāng)式(shì)运动(dòng)。但是上升(shēng)到星系(xì)和(hé)星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互(hù)作用则(zé)是不同的方式。对于(yú)在星(xīng)系团之间的相互(hù)作用，科学家还引(yǐn)入了外部(bù)场(chǎng)效应的概(gài)念(niàn)，指的是(shì)在(zài)数百(bǎi)万(wàn)光年的规模上，巨(jù)大的(de)质量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙(m实属和属实区别在哪，实属与属实的区别éng)德理论(lùn)成立，这意味着我们需要对现在的(de)物(wù)理(lǐ)定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发现也让很(hěn)多人认为(wèi)暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物(wù)质存在的其(qí)他(tā)的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解释(shì)的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的(de)子(zi)弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所组成，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它们大部(bù)分的普(pǔ)通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的时(shí)候，星际气(qì)体的相互作用(yòng)就会导致温(wēn)度(dù)的(de)急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团(tuán)大部(bù)分的质量(liàng)将(jiāng)位(wèi)于(yú)所有这些气体(tǐ)所在的中间(jiān)区域。那么我们(men)通过什么来验证它的质量(liàng)区域到(dào)底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸产(chǎn)生(shēng)了巨大(dà)的形变。其(qí)实这(zhè)些星系(xì)本(běn)身(shēn)并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出(chū)了什(shén)么(me)问题，而是这样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发生了(le)扭曲。这个现象就(jiù)是引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是(shì)超大质(zhì)量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们(men)对子(zi)弹星(xīng)系团观(guān)测的时(shí)候，发现它的大质(zhì)量(liàng)区域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量(liàng)气体被卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域(yù)，并(bìng)在(zài)两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质(zhì)存在的(de)迄今为止最好(hǎo)的理论证据(jù)。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可(kě)见光(guāng)终于(yú)可(kě)以畅通(tōng)无(wú)阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的微(wēi)波辐(fú)射(shè)。其中红色的部分表示温度较(jiào)高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上(shàng)它们之(zhī)间(jiān)的温(wēn)差(chà)只(zhǐ)有(yǒu)万分之(zhī)一(yī)。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连(lián)通域提(tí)取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物(wù)质，图(tú)形(xíng)看起来不应该是这样(yàng)的，而随(suí)着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗(àn)物质大约(yuē)是(shì)普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释(shì)星系当(dāng)中恒(héng)星运动所(suǒ)需(xū)要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致的。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了(le)一(yī)个(gè)简单的理论框架(jià)，就很好地解释了很(hěn)多不同的观(guān)测(cè)结果。而暗(àn)物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在(zài)着某种类(lèi)型的(de)粒子(zi)，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找到了暗(àn)物质存在的(de)实际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些不同的(de)目标粒子所需要的实(shí)验(yàn)方式也(yě)不相同。在(zài)过去的(de)几十年(nián)当(dāng)中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规(guī)物质相互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任(rèn)何实质性的发现，除(chú)了一(yī)个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的(de)地学(xué)实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器，一(yī)直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学家(jiā)声称观测到了某种信(xìn)号。经过(guò)了(le)20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个有(yǒu)趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份(fèn)达到(dào)峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一些科学(xué)家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信(xìn)号(hào)呢(ne)？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太(tài)阳系(xì)正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕着银(yín)河系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意(yì)味着我们也在以这样(yàng)的速度在(zài)穿越着暗物质流，这(zhè)个过程(chéng)中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的方(fāng)向与太阳环绕(rào)银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达(dá)到(dào)完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快(kuài实属和属实区别在哪，实属与属实的区别)的(de)时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相(xiāng)对银河(hé)系的平面(miàn)呈现了60度(dù)的(de)倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因此科学家(jiā)认为这(zhè)可以用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期(qī)性信号(hào)。当(dāng)然(rán)也可能有其他的(de)情况，造成这种年度周期信号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山上的(de)积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期(qī)的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又(yòu)在(zài)南半球建(jiàn)立了(le)一个几乎(hū)相同的(de)实(shí)验室，这里的季节与之(zhī)前(qián)的实验室(shì)正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗(àn)物质流的运动特征和第(dì)一个实验室(shì)是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同的信号(hào)，就可以成(chéng)为暗物质(zhì)所存在(zài)的非常有(yǒu)力(lì)的证据了(le)。但(dàn)是(shì)由于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截(jié)至目前还无(wú)法(fǎ)提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太(tài)空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)相同(tóng)，但它的宽视场仪器(qì)提供(gōng)的视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是(shì)探索暗(àn)物(wù)质背后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测的结(jié)果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以(yǐ)待了(le)。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀(pò)和(hé)贾森(sēn)斯(sī)特(tè)芬研究发现，如果暗(àn)物(wù)质存在，它们极(jí)有可能拥有另(lìng)一种神秘(mì)的(de)效(xiào)应，这种(zhǒng)暗(àn)物(wù)质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化的一(yī)个(gè)重要(yào)因素(sù)。

如果这一(yī)理(lǐ)论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物质会不会(huì)意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的行(xíng)星上，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的(de)大前提是要(yào)先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存(cún)不存在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新的(de)动(dòng)力！

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