宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解(jiě)释的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们(men)在过去(qù)的(de)几十(shí)年当中进(jìn)行了(le)超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现(xiàn)任何的(de)有(yǒu)效证据。除(chú)了一个地方，在(zài)1687年出版的(de)自(zì)然(rán)哲(zhé)学数学原理一(yī)书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发(fā)表了万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运(yùn)动(dòng)的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不符(fú)合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会(huì)知(zhī)道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄动它(tā)的(de)轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶(yé)就通过天王星运(yùn)行轨道(dào)的异常，推算(suàn)并(bìng)且发现(xiàn)了海王(wáng)星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引力定律所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但是这(zhè)些发(fā)现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系或(huò)者是(shì)星(xīng)团的(de)尺度，事情就开始变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量后(hòu)发星系(xì)团的质量(liàng)。这是一(yī)个由数千个星(xīng)系(xì)所组成的巨大星系(xì)团(tuán)，这(zhè)些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团(tuán)的质(zhì)量一般会使用(yòng)到(dào)两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一(yī)致，就可以(yǐ)确定其质量的(de)范围。

第一种是获得(dé)其(qí)"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系(xì)的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的(de)各个(gè)星(xīng)系(xì)相(xiāng)对于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发座星系(xì)团有99%的(de)质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可(kě)见光的(de)形(xíng)式所存(cún)在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速(sù)度(dù)的(de)过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星系团中很多星(xīng)系的速度比理论上要(yào)快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法(fǎ)将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之(zhī)外(wài)了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作(zuò)用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当(dāng)时的人们(men)对这(zhè)样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这(zhè)个词才再(zài)一(yī)次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道上的运(yùn)行速(sù)度(dù)就(jiù)会(huì)越慢。但是他们观测的结(jié)果(guǒ)却让人感到(dào)不可思议。

随(suí)着与中心距离(lí)的增加，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的(de)万(wàn)有引力(lì)定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当(dāng)中了(le)。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相对标准的(de)方法来解(jiě)释暗(àn)物质的(de)存(cún)在，这种方(fāng)法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距(jù)离星系中心的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是(shì)科学(xué)家(jiā)们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它(tā)们(men)的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系也(yě)不(bù)例外，太阳系位于银河(hé)系(xì)的(de)第(dì)三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太(tài)阳系的运行速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远远大于(yú)理(lǐ)论速度，那么产生以(yǐ)上这(zhè)种向(xiàng)心加速度的原因(yīn)很可能(néng)就是(shì)存在着一种我们看不(bù)到的物质，是(shì)这(zhè)些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集(jí)在了一起。

也(yě)是从这时(shí)开始，越来(lái)越(yuè)多的研究人(rén)员开始相信暗(àn)物质的存在(zài)。科学(xué)家根据星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道(dào)的速度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个(gè)星(xīng)系(xì)质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一(yī)项新的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会(huì)出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另(lìng)外，天文学(xué)家还发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银河系不(bù)多，但(dàn)是星系当中(zhōng)存在(zài)的恒星数量却(què)只有银河系(xì)的(de)千分之(zhī)一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论(lùn)上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析(xī)。但(dàn)是科(kē)学(xué)家们使用(yòng)最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细测量(liàn身份证号码150开头是哪里的，身份证号150开头的是哪里的g)之后，发(fā)现星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和(hé)力学定律来解释的(de)。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质的(de)假说之外(wài)，另一种可能就是(shì)人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力(身份证号码150开头是哪里的，身份证号150开头的是哪里的lì)很可能(néng)在(zài)不同尺度空(kōng)间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度(dù)中的天(tiān)体会沿着它(tā)们(men)的轨(guǐ)道(dào)，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式运动。但是(shì)上(shàng)升到星系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互(hù)作用则是不同的(de)方式。对于在(zài)星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概念，指的是在数百万光年(nián)的规(guī)模上，巨大的质量(liàng)之间会产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味着我们需要(yào)对(duì)现在(zài)的物理定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发(fā)现(xiàn)也让很多人认为暗物(wù)质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还(hái)有关(guān)于暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证据(jù)是(shì)蒙德(dé)理论所没(méi)法解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通(tōng)质(zhì)量都在(zài)星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的(de)相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于所有这些气体所(suǒ)在的(de)中间区(qū)域。那么我们通过什么(me)来验证它的质量区域到底是不(bù)是集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全彩(cǎi)的高清照片，在照(zhào)片中我们(men)可以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸(shēn)产生了(le)巨大的形(xíng)变(biàn)。其实这些(xiē)星系本身(shēn)并不是真的(de)被扭曲(qū)了(le)，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地(dì)球(qiú)上(shàng)的观(guān)测者之间(jiān)。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东(dōng)西(xī)的(de)引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远星系的(de)光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的(de)天体可能是超大(dà)质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们(men)对(duì)子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量区(qū)域(yù)并不是(shì)在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的(de)解释方(fāng)法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边(biān)形(xíng)成了引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)。对(duì)子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)的引力透镜研(yán)究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今(jīn)为(wèi)止最(zuì)好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通(tōng)无阻地(dì)穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同(tóng)性的微(wēi)波辐(fú)射。其中红(hóng)色的部(bù)分表示(shì)温度(dù)较(jiào)高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但实(shí)际上它(tā)们(men)之间(jiān)的温(wēn)差只有万(wàn)分之(zhī)一(yī)。

科学家们通过对前(qián)景背景(jǐng)分(fēn)离后的二值图(tú)像(xiàng)进行连通域提取和(hé)标记之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不应(yīng)该是(shì)这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释(shì)星系当中恒星运(yùn)动所(suǒ)需要的暗(àn)物质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了很多(duō)不(bù)同的(de)观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们(men)不(bù)参与任(rèn)何其他(tā)的电(diàn)磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子(zi)的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。这种粒子到底是(shì)什么(me)？科学家们(men)已(yǐ)经提(tí)出(chū)了数十种的(de)假想目标(biāo)，而(ér)要寻找这些不(bù)同的目标粒(lì)子所(suǒ)需要(yào)的实验方式也不相同(tóng)。在过(guò)去的几(jǐ)十年(nián)当(dāng)中，人(rén)类为(wèi)了寻找这些(xiē)看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎(hū)不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大(dà)利(lì)的(de)格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大的地(dì)学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器(qì)，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学(xué)家声(shēng)称观测(cè)到了某(mǒu)种信号。经过了20多(duō)年(nián)的数据收集，人(rén)们发(fā)现了一个有趣(qù)的事情(qíng)。探测率会在(zài)每(měi)年的(de)6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年(nián)当中(zhōng)每年都是(shì)一样。一些(xiē)科学家认(rèn)为这(zhè)可能是人类(lèi)发(fā)现暗物(wù)质的(de)第一(yī)个直(zhí)接证据(jù)。

但是为什么暗(àn)物(wù)质会(huì)产生周期性的年度信号(hào)呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那(nà)么如果暗物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味着我们(men)也在以这样的速度在穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这(zhè)个过(guò)程中会(huì)产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一(yī)致(zhì)的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳(yáng)的(de)方(fāng)向正好达(dá)到完全(quán)一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地(dì)球穿越暗(àn)物(wù)质流最快的时段。而(ér)在(zài)11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际的(de)情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家(jiā)认为(wèi)这可以用来解(jiě)释，研究人员们(men)所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可(kě)能有(yǒu)其他的情况，造成这(zhè)种年度周期信(xìn)号的差(chà)异也(yě)可(kě)能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连(lián)意大利游客的数量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎相同的实验(yàn)室(shì)，这(zhè)里的季节(jié)与(yǔ)之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流的运(yùn)动特征和第一个实验室(shì)是(shì)一(yī)样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗(àn)物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个(gè)实验室(shì)刚刚建成(chéng)不久，所以截至目(mù)前(qián)还无法提供相应的数据支持(chí)。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新的望远镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的宽(kuān)视(shì)场仪器(qì)提(tí)供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的用(yòng)途(tú)就(jiù)是探(tàn)索(suǒ)暗物(wù)质背后(hòu)的(de)奥秘，对于探测的(de)结果，我们(men)只(zhǐ)能拭(shì)目以(yǐ)待(dài)了(le)。费米(mǐ)实验室粒(lì)子天体(tǐ)物理中心的(de)科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生(shēng)命的诞(dàn)生，或(huò)者(zhě)说是生(shēng)命进化(huà)的一个重要因(yīn)素。

如(rú)果这一理(lǐ)论得到进一步的(de)证实(shí)，那么遍布宇宙当中的(de)暗(àn)物(wù)质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物(wù)质正在通过(guò)这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些(xiē)推论(lùn)的大(dà)前提是(shì)要先找到暗物质存在的(de)实(shí)际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存不(bù)存(cún)在(zài)呢(ne)？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞(zàn)，你的支(zhī)持是我更新(xīn)的(de)动力！

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