宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什(shén)么？人(rén)类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的(de)几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中进行了超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲(zhé)学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天体运动(dòng)的规律。往后(hòu)的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常(cháng)，不符合万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)的时候(hòu)，他们(men)就(jiù)会知道，周围一(yī)定有未(wèi)知的天(tiān)体通过引力(lì)在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行(xíng)轨道的(de)异常(cháng)，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗(huì)星、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是应(yīng)用万(wàn)有引力定律所取得(dé)重大天(tiān)文成就的(de)例子。但是这些发现都是在(zài)恒星(xīng)系(xì)统的(de)尺(chǐ)度(dù)当中，可当我们上(shàng)升(shēng)到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在研究(jiū)和测量后发(fā)星系团的质(zhì)量。这是一(yī)个由数千(qiān)个星系所组(zǔ)成的(de)巨大(dà)星(xīng)系(xì)团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"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)力学质量的(de)计算，是利用(yòng)光谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中的各(gè)个星系相对(duì)于(yú)星(xīng)系(xì)团(tuán)的运动速度。当测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是(shì)“光度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的(de)质量并不以可见(jiàn)光的形式(shì)所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是，在测量速(sù)度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星系(xì)团中(zhōng)很多星(xīng)系(xì)的速(sù)度比理论(lùn)上(shàng)要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生的(de)引力(lì)是无法(fǎ)将它们束缚在(zài)星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系(xì)团之外了，除(chú)非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部(bù)分(fēn)不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时(shí)的人们对这样(yàng)的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再(zài)一(yī)次(cì)出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观测仙女座(zuò)星系(xì)中的恒(héng)星运动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感(gǎn)到不可(kě)思议。

随着与中心(xīn)距离的(de)增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据(jù)牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们(men)，这些外围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了(le)。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学(xué)家们会使用(yòng)一(yī)种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的(de)存在，这(zhè)种方(fāng)法就是测量星系当(dāng)中气(qì)体在(zài)X轴上距(jù)离(lí)星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度(dù)。如果出现(xiàn)异常的结果，就认(rèn)为是(shì)由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测(cè)量了距(jù)离星系中心更(gèng)远距离的氢元素(sù)，发现它们的(de)旋转速度(dù)并(bìng)不(bù)符(fú)合牛顿(dùn)的(de)力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位(wèi)于银河系的(de)第三悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律进行计算，太(tài)阳(yáng)系的运行(xíng)速度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒的(de)速度围绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速(sù)度远远(yuǎn)大于理论速(sù)度，那么产生以上(shàng)这种向心加(jiā)速度(dù)的原因很可能(néng)就是存在(zài)着一种我(wǒ)们(men)看不(bù)到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在了一(yī)起。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越来(lái)越多的研究人(rén)员(yuán)开始相信暗(àn)物质的存(cún)在(zài)。科(kē)学(xué)家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算(suàn)在(zài)星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不(bù)是(shì)唯一可以解(jiě)释(shì)这个现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家(jiā)还发现了(le)一个反常(cháng)的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银河系(xì)不(bù)多(duō)，但是星系当中(zhōng)存在的恒星(xīng)数量却只有银河系的(de)千分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上，该星系(xì)必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的(de)详(xiáng)细(xì)测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质(zhì)和力(lì)学定律(lǜ)来(lái)解释的。那么(me)又有人提出，也(yě)许该星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存(cún)在(zài)。造(zào)成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外(wài)，另(lìng)一种可能就(jiù)是人类对(duì)引力的理(lǐ)解还不够全(quán)面(miàn)，引(yǐn)力(lì)很可能(néng)在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工作(zuò)方式是(shì)不同(tóng)的，这意味着在(zài)行星(xīng)系尺度中的天体会沿(yán)着它们的(de)轨道，按(àn)照我们(men)所理解(jiě)的方式运动(dòng)。但是上升到星(xīng)系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相(xiāng)互作用则(zé)是不同的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用(yòng)，科学家(jiā)还(裤子175是几个xhái)引(yǐn)入了外部场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是(shì)在数百万光年的规模(mó)上(shàng)，巨大的质(zhì)量(liàng)之间(jiān)会产生(shēng)对彼此特殊的(de)效果，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需(xū)要(yào)对现在(zài)的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就(jiù)此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关于暗物质存在(zài)的(de)其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论所没(méi)法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个(gè)碰撞的(de)星系团所组成，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质(zhì)量都在星系的(de)气体当(dāng)中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的(de)相互作(zuò)用就会导致温(wēn)度的急剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团(tuán)大部分(fēn)的质量将位于所(suǒ)有(yǒu)这些气体所(suǒ)在(zài)的(de)中间区(qū)域。那么(me)我(wǒ)们通过什么来验证它的质量区域到底是不(bù)是(shì)集(jí)中在中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照(zhào)片(piàn)，在照(zhào)片中我们(men)可以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的(de)形变。其实这(zhè)些星(xīng)系(xì)本(běn)身并(bìng)不是(shì)真的被扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯望(wàng)远镜(jìng)出了(le)什么问(wèn)题，而(ér)是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的(de)天体和我们地(dì)球(qiú)上的(de)观测者之间。被(bèi)一个质(zhì)量超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大(dà)的(de)天体可能是超(chāo)大(dà)质量的黑洞或(huò)者(zhě)是(shì)暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对子弹星系(xì)团观测(cè)的时候(hòu)，发现它(tā)的大(dà)质量(liàng)区域并不是(shì)在中间，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最好(hǎo)的(de)解释方法就是当星团发生全(quán)部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到(dào)的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区(qū)域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)的引(yǐn)力透镜(jìng)研究(jiū)也被认为是暗(àn)物(wù)质存在(zài)的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之(zhī)外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了(le)130多亿年(nián)之后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对较冷的区域(yù)，但(dàn)实际上(shàng)它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学家们通(tōng)过(guò)对前景背景分离后的二值图像进行连通域(yù)提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐(fú)射(shè)的(de)测(cè)量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字(zì)与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物(wù)质比例(lì)是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗物质的本质就(jiù)是(shì)宇宙当(dāng)中存在着某种类型的(de)粒子(zi)，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来(lái)相互(hù)作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子(zi)的存在，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗物质存在(zài)的(de)实(shí)际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要寻找这(zhè)些(xiē)不同的目(mù)标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实(shí)验方式也(yě)不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不(bù)会与常(cháng)规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过50次的实(shí)验(yàn)，却没有(yǒu)任(rèn)何实质(zhì)性的发现，除了(le)一(yī)个地方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最(zuì)大的(de)地(dì)学实(shí)验室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这里的(de)科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经过了(le)20多年的(de)数(shù)据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降(jiàng)到最(zuì)低，而且在20年当中每年都(dōu)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(yī)个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行(xíng)移动，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存(cún)在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味(wèi)着(zhe)我们也在(zài)以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会(huì)产生相(xiāng)应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年(nián)的时间，地球(qiú)围绕(rào)太(tài)阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球(qiú)与太阳的方向正好(hǎo)达(dá)到完全一致，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗(àn)物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在(zài)实(shí)际(jì)的(de)情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了(le)60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并(bìng)不(bù)影(yǐng)响这个理论(lùn)的(de)有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释，研究人(rén)员们所观(guān)测到的(de)周期性信号。当然(rán)也可能有其他(tā)的(de)情(qíng)况，造成这种年(nián)度(dù)周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也(yě)符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南(nán)半球建立了一个(gè)几乎相同的(de)实验室，这里(lǐ)的季节与之(zhī)前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗(àn)物质(zhì)流的运动特(tè)征和第一(yī)个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信号(hào)，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常(cháng)有力(lì)的证据(jù)了(le)。但是(shì)由于(yú)这个实(shí)验室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所(suǒ)以(yǐ)截(jié)至目(mù)前还无(wú)法提供相应(yīng)的数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的(de)视野是(shì)哈勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空裤子175是几个x望远镜其中一个(gè)关键的用途(tú)就是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后(hòu)的(de)奥秘，对于探测的(de)结果，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了。费米实验(yàn)室(shì)粒子天体物理中心(xīn)的科(kē)学家丹琥珀(pò)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(lìng)一(yī)种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一(yī)步的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正(zhè裤子175是几个xng)在通过这样的(de)效应创(chuàng)造(zào)生命(mìng)。当然(rán)，这些推论(lùn)的大(dà)前提是要先找到暗物(wù)质存(cún)在的实际(jì)证据。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得(dé)暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的(de)支持是我更新的(de)动力(lì)！

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