宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又究竟(jìng)是什(shén)么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质存(cún)在(zài)的证据(jù)，科学家们(men)在过(guò)去的几十年当中进行了超(chāo)过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是(shì)却(què)没有发现任何(hé)的有效(xiào)证据(jù)。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然(rán)哲学数学(xué)原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运(yùn)动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符合(hé)万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)的(de)时候，他们就会知道，周围一(yī)定(dìng)有未(wèi)知的天体(tǐ)通过引力在摄(shè)动它的(de)轨道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异(yì)常，推算并且发现了(le)海王星的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星(xīng)的(de)发现都是应用万有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升(shēng)到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗(fú)里茨(cí)兹威基正在研究(jiū)和测量后发星系(xì)团的质(zhì)量。这(zhè)是一个(gè)由(yóu)数千个(gè)星(xīng)系所组成的巨大(dà)星系团(tuán)，这(zhè)些星系(xì)被引力(lì)束缚在一(yī)起。测(cè)量星系(xì)团(tuán)的质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一(yī)种(zhǒng)是(shì)获得其(qí)"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要的数(shù)据是测(cè)量(liàng)各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测(cè)量星系团中(zhōng)的各个星(xīng)系相对于星系团的运动速度(dù)。当测量结果出来之(zhī)后(hòu)，兹(zī)威基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力(lì)学质量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的(de)质(zhì)量消失了，或(huò)者说这99%的(de)质(zhì)量并不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹(zī)威(wēi)基发现星系团中很多星(xīng)系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们(men)早(zǎo)就应该(gāi)被抛出(chū)星系团之(zhī)外了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量(liàng)。只是当时的人(rén)们对这样的(de)一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次(cì)出现。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他们(men)观测(cè)的结果却让人(rén)感(gǎn)到不(bù)可(kě)思(sī)议。

随(suí)着与中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是(shì)根据(jù)牛顿的万(wàn)有引力(lì)定律，在(zài)星系当中如(rú)果没(méi)有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外(wài)围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当(dāng)中了(le)。基于(yú)这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释(shì)暗物质的存(cún)在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的(de)距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的(de)氢元素(sù)，发(fā)现它们的旋转速度(dù)并不符(fú)合牛顿的力(lì)学定律。我(wǒ)们的(de)太阳系也不例外，太(tài)阳系位于(yú)银(yín)河系的第三悬(xuán)臂之上，距离(lí)银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论速度，那(nà)么产(chǎn)生以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能(néng)就(jiù)是存在(zài)着一(yī)种我们(men)看(kàn)不(bù)到(dào)的(de)物(wù)质，是这些暗物质的(de)引力效应将星系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究(jiū)人(rén)员开(kāi)始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估(gū)算在(zài)星系当(dāng)中暗物质的(de)质量占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一可(kě)以(yǐ)解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外(wài)，天(tiān)文学家还(hái)发现(xiàn)了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不(bù)多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却只有银河(hé)系的千分(fēn)之一(yī)。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学(xué)家们使用最先进的(de)望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可(kě)以用正常的物质(zhì)和力学定律(lǜ)来解释的(de)。那么又有人提出，也(yě)许(xǔ)该星系(xì)的暗物(wù)质(zhì)，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它的(de)附(fù)近没有任何星系存在(zài)。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可能(néng)就是人类对引力的理(lǐ)解还(hái)不够全面，引力(lì)很可(kě)能在不同尺(chǐ)度空间(jiān)中(zhōng)的工作方式是不(bù)同的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们的轨道(dào)，按照我们(men)所理解的(de)方(fāng)式运(yùn)动。但是(shì)上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力(lì)之间的相互作用(yòng)则(zé)是(shì)不(bù)同的方式(shì)。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这意(yì)味着(zhe)我(wǒ)们需要(yào)对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在(zài)的(de)其他(tā)的理论(lùn)证据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的(de)子(zi)弹(dàn)星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的(de)普通质量(liàng)都在星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气(qì)体的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于所有这些(xiē)气体所在(zài)的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们通过什么(me)来验(yàn)证它的质量区(qū)域到(dào)底是不是(shì)集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)传(chuán)回(huí)了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的高清照片，在(zài)照片(piàn)中(zhōng)我(wǒ)们可以明显地(dì)看到很(hěn)多星系似乎(hū)被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么(me)问题，而是这(zhè)样(yàng)极遥远的(de)天体和我们地球上的(de)观(guān)测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲(qū)。这(zhè)个(gè)现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨(jù)大的(de)天体可能(n六朝是指哪六朝éng)是(shì)超大质(zhì)量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们对(duì)子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大(dà)质量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最(zuì)好(hǎo)的解释(shì)方(fāng)法就是当星团(tuán)发(fā)生(shēng)全部的(de)碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗(àn)物质存在(zài)的迄(qì)今为止最好的理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同性(xìng)的微(wēi)波辐射。其(qí)中红色的部分(fēn)表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学(xué)家们通过对前(qián)景(jǐng)背景(jǐng六朝是指哪六朝)分离(lí)后的二值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐射(shè)的测量值，我们(men)需要(yào)的暗(àn)物(wù)质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运动所需要(yào)的暗物质(zhì)比(bǐ)例(lì)是(shì)一致(zhì)的(de)。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释(shì)了很多(duō)不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗(àn)物质的(de)本质就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着某种类(lèi)型的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何(hé)其他的电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来(lái)相互(hù)作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗(àn)物质存在的(de)实(shí)际证据。这种粒子到底(dǐ)是什(shén)么？科学家们已经提出了(le)数(shù)十(shí)种的(de)假想目标，而(ér)要(yào)寻找这(zhè)些(xiē)不同(tóng)的目(mù)标粒子所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互(hù)作用的(de)“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们(men)已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任何(hé)实质性(xìng)的(de)发(fā)现，除了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质(zhì)粒子(zi)的(de)周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家声称观测到了某种信号。经过了(le)20多(duō)年的数(shù)据收集，人(rén)们发现(xiàn)了一个有趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会在每(měi)年的6月份达到(dào)峰值(zhí)，然(rán)后在(zài)11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家认为(wèi)这(zhè)可能是人类发(fā)现暗(àn)物(wù)质的第一个(gè)直接证据。

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)我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速(sù)度(dù)围绕着银河系(xì)进(jìn)行移(yí)动，那(nà)么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味着我们也(yě)在以这样(yàng)的速度在(zài)穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这个(gè)过程中会产(chǎn)生相应的(de)振(zhèn)荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河(hé)系的(de)方向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到(dào)完全一(yī)致，这是理论上地(dì)球穿越暗(àn)物质流最快的时(shí)段。而在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达(dá)到了(le)最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际的(de)情(qíng)况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现了60度的(de)倾斜(xié)，但是(shì)这并不影响(xiǎng)这个(gè)理论的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学(xué)家认为这可以用(yòng)来解释，研究人员们所观测到(dào)的周期性信(xìn)号(hào)。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度(dù)周(zhōu)期(qī)信(xìn)号(hào)的(de)差(chà)异(yì)也(yě)可能是温(wēn)度、湿度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的(de)数量也符合这个周期(qī)的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又(yòu)在南半(bàn)球建立了一(yī)个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验室(shì)，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如(rú)果在(zài)这里可以(yǐ)得(dé)到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物(wù)质(zhì)所(suǒ)存(cún)在的非常有(yǒu)力(lì)的证据了。但是(shì)由于这个实(shí)验室(shì)刚刚建成(chéng)不(bù)久，所以截至(zhì)目前还无法(fǎ)提供相应的数(shù)据支(zhī)持。另(lìng)外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提供的视野是哈勃红(hóng)外仪(yí)器(qì)的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其中一个(gè)关键(jiàn)的用途(tú)就是探索暗物(wù)质(zhì)背后的奥(ào)秘，对(duì)于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学(xué)家丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可(kě)能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的(de)一个重要因(yīn)素。

如果这一(yī)理论(lùn)得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物(wù)质会不会意(yì)味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效(xiào)应(yīng)创造生命。当然(rán)，这些推论的大前提(tí)是(shì)要先找到暗(àn)物质存在的实际(jì)证据(jù)。那么小伙伴们，你们(men)觉得(dé)暗物质到(dào)底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新的动力！

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