宇宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又(yòu)究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们在过去的几十年当(dāng)中进行了(le)超过50次的长期(qī)实验(yàn)，但(dàn)是却(què)没有发现任何(hé)的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的(de)规(guī)律。往后的(de)几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异(yì)常，不符(fú)合万有引力定律的(de)时(shí)候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引(yǐn)力在(zài)摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道的异(yì)常(cháng)，推算并且(qiě)发现了海(hǎi)王星的(de)存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律所取得(dé)重(zhòng)大(dà)天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可(kě)当(dāng)我们上升到星系或者是(shì)星团的(de)尺(chǐ)度，事(shì)情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在研究和测量后发星系(xì)团的质量。这是一个由(yóu)数千(qiān)个(gè)星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系团，这些星(xīng)系被(bèi)引(yǐn)力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两(liǎng)种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学的质量(liàng)"，需要的(de)数(shù)据是测量各个(gè)星(xīng)系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测(cè)量(liàng)星系团(tuán)中(zhōng)的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出(chū)来(lái)之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后发座星系(xì)团有99%的(de)质量(liàng)消失(shī)了，或(huò)者说这99%的质量并不以可(kě)见光(guāng)的形(xíng)式所(suǒ)存在，我(wǒ)们(men)无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基(jī)发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的(de)运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见(jiàn)星系的质量(liàng)所产(chǎn)生的引力是无法(fǎ)将它(tā)们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就(jiù)应(yīng)该(gāi)被抛出(chū)星系团之外了，除非(fēi)有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提(tí)出了(le)这样部分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它(tā)们却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时(shí)的(de)人们对这(zhè)样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再(zài)一次出(chū)现(xiàn)。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特(tè)在(zài)观测(cè)仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒(héng)星运动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道上的(de)运(yùn)行速(sù)度(dù)就会(huì)越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感到不(bù)可思议。

随(suí)着(zhe)与中心距离的增加，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎保(bǎo)持(chí)不(bù)变。可是根据(jù)牛顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在星(xīng)系当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基(jī)于(yú)这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就(jiù)是测(cè)量星系当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也(yě)不例外，太阳(yáng)系(xì)位于(yú)银河(hé)系的第三悬臂之(zhī)上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度远远大于理论(lùn)速(sù)度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速(sù)度的原因(yīn)很可能就(jiù)是存(cún)在着一种我们看不到的物(wù)质，是(shì)这(zhè)些暗(àn)物质(zhì)的引力(lì)效(x阴肖是指哪几个肖iào)应将星(xīng)系(xì)聚(jù)集在了一(yī)起。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越来越多的研(yán)究人员开始相信(xìn)暗物质(zhì)的存在(zài)。科学家根据(jù)星系(xì)外恒(héng)星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量(liàng)占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可(kě)以解(jiě)释这(zhè)个现象的原因。在一项(xiàng)新的研(yán)究当中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几(jǐ)乎没(méi)有引力(lì)效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会(huì)出(chū)现速度(dù)上(shàng)的微小差异(yì)。另外(wài)，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当(dāng)中(zhōng)存(cún)在(zài)的恒(héng)星数量却只有银河(hé)系(xì)的千分之一。

所以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论(lùn)上，该星(xīng)系(xì)必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了(le)40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物(wù)质和力(lì)学(xué)定(dìng)律来解释的(de)。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪(guài)的是(shì)，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的(de)除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不同的(de)，这意(yì)味着在行星(xīng)系(xì)尺度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们的轨道，按(àn)照我(wǒ)们所理解的方(fāng)式运(yùn)动(dòng)。但是(shì)上(shàng)升到星系(xì)和(hé)星团的(de)尺(chǐ)度(dù)，引力(lì)之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学(xué)家还引入(rù)了外部场效(xiào)应的(de)概(gài)念，指的是(shì)在数百万(wàn)光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对(duì)彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的(de)物理定律进(jìn)行修正，这些发(fā)现也让很多人认(rèn)为暗物(wù)质假说理论就(jiù)此终结。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还(hái)有关于暗物质存在(zài)的(de)其他的(de)理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系的(de)气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互(hù)作(zuò)用就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧升高，速(sù)度大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大(dà)部分(fēn)的(de)质量(liàng)将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域。那么我(wǒ)们通过什么来(lái)验证它(tā)的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨大的形(xíng)变。其(qí)实(shí)这些星系本身(shēn)并不是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是(shì)这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这(zhè)个(gè)超(chāo)大(dà)质量的东(dōng)西的(de)引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系(xì)团观测的(de)时候(hòu)，发现它的大(dà)质量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测(cè)到的质量(liàng)气体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物质则(zé)直接通过了这(zhè)个区域，并在两边(biān)形成了引力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研(yán)究也被认(rèn)为是暗物质存(cún)在的迄今为止最好的(de)理论证(zhèng)据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙(zhòu)当中了(le)。经过(guò)了130多(duō)亿(yì)年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下(xià)了(le)各(gè)相同性的微(wēi)波辐(fú)射(shè)。其中(zhōng)红色(sè)的部分表示温(wēn)度较高(gāo)的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的(de)区(qū)域，但实际上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对(duì)前景背景分(fēn)离后的二值(zhí)图像(xiàng)进(jìn)行(xíng)连通(tōng)域提取和标记之后发(fā)现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不(bù)应(yīng)该是这样的(de)，而随(suí)着暗物质的增加(jiā)，一(yī)些峰值(zhí)的(de)幅(fú)度(dù)会(huì)减小，才(cái)变得(dé)看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我们需(xū)要的(de)暗(àn)物(wù)质大(dà)约是(shì)普通物(wù)质的(de)5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星(xīng)运(yùn)动所需要的暗物质(zhì)比例(lì)是(shì)一致的(de)。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理论(lùn)框架，就很(hěn)好(hǎo)地解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种类(lèi)型的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力(lì)来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的(de)假想目(mù)标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也(yě)不(bù)相同。在过(guò)去(qù)的几十年(nián)当(dāng)中，人类为了(le)寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学(xué)家(jiā)们已经进行了超过(guò)50次的实(shí)验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的(de)格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下(xià)矿井当(dāng)中，藏(cáng)着(zhe)地球上最(zuì)大的(de)地(dì)学实验(yàn)室，这(zhè)个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗(àn)物(wù)质粒子(zi)的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发现了一(yī)个有趣的(de)事情。探测率会(huì)在每(měi)年的6月份达到峰值，然(rán)后在11阴肖是指哪几个肖月降(jiàng)到最(zuì)低(dī)，而且在20年(nián)当中每年(nián)都(dōu)是(shì)一样。一些科学家认(rèn)为这(zhè)可能是人类(lèi)发现暗(àn)物质(zhì)的(de)第(dì)一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周(zhōu)期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味(wèi)着我们(men)也在以这样的(de)速度(dù)在穿越着(zhe)暗(àn)物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时地(dì)球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度围绕(rào)太(tài)阳(yáng)进行旋转。所以有半年(nián)的时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方向(xiàng)是(shì)一致(zhì)的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与(yǔ)太阳的(de)方向(xiàng)正好达(dá)到完(wán)全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的情(qíng)况中，太阳系相对银(yín)河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这(zhè)个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人员们所观(guān)测(cè)到的周期性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年(nián)度周期(qī)信号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意(yì)大利(lì)游客(kè)的数(shù)量也(yě)符(fú)合这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家们又在南(nán)半球建立(lì)了一个几乎相同的(de)实验室(shì)，这里的季节(jié)与之前的实验(yàn)室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质(zhì)流(liú)的(de)运动特征和第(dì)一(yī)个(gè)实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在(zài)这里(lǐ)可(kě)以得(dé)到(dào)相同(tóng)的(de)信号，就可以成(chéng)为暗物(wù)质所(suǒ)存在(zài)的(de)非(fēi)常有力(lì)的(de)证据了。但是(shì)由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以截(jié)至(zhì)目前还(hái)无(wú)法提供相(xiāng)应的数据(jù)支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的(de)望远镜，这台(tái)太(tài)空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭(shì)目以待(dài)了。费米实验(yàn)室粒子天(tiān)体物理中(zhōng)心的科学(xué)家(jiā)丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质(zhì)存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个(gè)重要因素。

如(rú)果这一理论得(dé)到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落的行星(xīng)上，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗(àn)物质存在的(de)实(shí)际证据。那么小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉(jué)得暗(àn)物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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