宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们(men)在过去的几十年(nián)当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除(chú)了一(yī)个地(dì)方，在1687年(nián)出(chū)版的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭(jiē)示(shì)了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学(xué)家们(men)发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合(hé)万有引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力(lì)在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推(tuī)算(suàn)并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现(xiàn)都是(shì)应用(yòng)万(wàn)有引力定律所(suǒ)取得重大(dà)天文成就的例子(zi)。但是这(zhè)些(xiē)发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我们(men)上升(shēng)到星系或(huò)者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹(zī)威基正在(zài)研(yán)究和测量(liàng)后(hòu)发星(xīng)系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团(tuán)，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系(xì)团的(de)质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确(què)定其质(zhì)量的范(fàn)围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量"，需要的(de)数据是(shì)测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测量星系团中的(de)各个(gè)星系相(xiāng)对于星系团的运动(dòng)速度。当测(cè)量(liàng)结(jié)果出(chū)来之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然(rán)是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并(bìng)不(bù)以可见光的形式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发(fā)现星系团中很多星(xīng)系的(de)速度比理论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系(xì)的质量所产生的引力是无法将它(tā)们(men)束缚在星系团内的，它(tā)们早就(jiù)应该被(bèi)抛出星系团之外(wài)了，除非有一种神秘(mì)的力(lì)量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了(le)这样部分不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样(yàng)的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾和(hé)肯特福(fú)特(tè)在观测仙女座星系(xì)中的(de)恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在(zài)其(qí)轨(guǐ)道上的运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们观测的结果却(què)让人感到不可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的(de)旋转速度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当(dāng)中如果没(méi)有足(zú)够大的质量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基(jī)于(yú)这种现伊拉克是不是被灭国了象，科学家们(men)会(huì)使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度(dù)。如(rú)果出现异(yì)常的结果，就认为(wèi)是由暗物质(zhì)的力(lì)量(liàng)进入其中。

于(yú)是科学家们通过射电(diàn)望远镜测量了距(jù)离星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们(men)的(de)旋转速度并不符合牛(niú)顿的(de)力学定律。我们(men)的太阳(yáng)系也不(bù)例外，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的第(dì)三悬臂之(zhī)上，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运(yùn)行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个实际(jì)速度远远大于理论速(sù)度(dù)，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的(de)原因(yīn)很可能就是存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应(yīng)将星系聚集在(zài)了(le)一起。

也是从这时开始，越(yuè)来(lái)越(yuè)多的研究人(rén)员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外(wài)恒(héng)星轨(guǐ)道的速(sù)度，估(gū)算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这个(gè)现象的原因。在(zài)一项新的研(yán)究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会(huì)出现(xiàn)速(sù)度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河系(xì)不多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量(liàng)却(què)只有银河系的(de)千分之一。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则(zé)就(jiù)会分崩离析。但是科(kē)学(xué)家们使用最(zuì)先进(jìn)的(de)望(wàng)远镜对其(qí)进行(xíng)了(le)40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系(xì)中(zhōng)的(de)恒(héng)星运动(dòng)是可(kě)以(yǐ)用正常的(de)物质和力学(xué)定律来解释的。那(nà)么又(yòu)有人提出，也(yě)许(xǔ)该星系的暗物质，已经被(bèi)附近(jìn)的另(lìng)一(yī)个大星系剥离(lí)了(le)。奇(qí)怪的(de)是，它的附近没有任(rèn)何(hé)星(xīng)系(xì)存在。造成这些现象的除了(le)暗物(伊拉克是不是被灭国了wù)质的假说(shuō)之外(wài)，另(lìng)一(yī)种可能(néng)就是人类(lèi)对引力的理(lǐ)解还(hái)不够全面，引力很(hěn)可(kě)能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的(de)天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星(xīng)系和(hé)星团(tuán)的尺度，引力之间(jiān)的相互(hù)作用(yòng)则是不同的(de)方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家(jiā)还引入(rù)了外部场效(xiào)应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光(guāng)年的规模(mó)上，巨(jù)大的质量(liàng)之间会产生对彼此特(tè)殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗(àn)物质存在(zài)的其(qí)他(tā)的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙(méng)德(dé)理论所(suǒ)没(méi)法解(jiě)释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们大部分的(de)普通质量都在星系的气(qì)体当中(zhōng)。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际气(qì)体的(de)相互作用就会(huì)导致温度的急剧升(shēng)高，速(sù)度大幅(fú)降低。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹星(xīng)系(xì)团大部(bù)分的质(zhì)量将位于所有这些气(qì)体所在的中间区域。那(nà)么我们通过什(shén)么来(lái)验证它的(de)质(zhì)量区域到底(dǐ)是不(bù)是集中在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到(dào)很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨(jù)大(dà)的形变。其实(shí)这些(xiē)星系本(běn)身(shēn)并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质(zhì)量超级巨(jù)大的(de)天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物(wù)质(zhì)。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的引力(lì)透(tòu)镜研(yán)究也被(bèi)认(rèn)为是暗(àn)物(wù)质存(cún)在的迄(qì)今为止最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可(kě)见光终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留下了(le)各相同性的微波辐射。其中红色(sè)的(de)部分表示温度(dù)较(jiào)高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较(jiào)冷的(de)区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们(men)通过对前景背景分离(lí)后(hòu)的二(èr)值图像进(jìn)行连通域提取和(hé)标记之后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该是(shì)这样(yàng)的，而随着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的(de)测(cè)量值(zhí)，我(wǒ)们需(xū)要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释(shì)星系当(dāng)中恒星(xīng)运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一(yī)致的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多(duō)不同的观(guān)测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参(cān)与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗(àn)物质存(cún)在的实际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子到底是什(shén)么？科学家们(men)已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这些不同的(de)目标粒子所需要的实(shí)验(yàn)方(fāng)式也不相(xiāng)同。在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已(yǐ)经进(jìn)行(xíng)了超(chāo)过(guò)50次的(de)实验(yàn)，却(què)没有(yǒu)任何实(shí)质性的(de)发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大(dà)的地学实验室(shì)，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直致力于寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声(shēng)称(chēng)观测到了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一(yī)个有趣的事(shì)情(qíng)。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学(xué)家(jiā)认(rèn)为这(zhè)可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个直接(jiē)证据。

但(dàn)是(shì)为什么(me)暗物质(zhì)会产生(shēng)周期(qī)性的(de)年度(dù)信号呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系(xì)进行移动(dòng)，那(nà)么如(rú)果暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味(wèi)着我们也在以这样的速(sù)度(dù)在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的(de)振荡，同(tóng)时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的(de)时(shí)间(jiān)，地球围(wéi)绕(rào)太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一(yī)致的，而(ér)另外半年则(zé)与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的(de)时候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达(dá)到完全一致，这是(shì)理论上地球(qiú)穿越暗物(wù)质流(liú)最快的时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对(duì)银河系(xì)的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响(xiǎng)这(zhè)个理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也(yě)可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高(gāo)山上的(de)积雪，甚(shèn)至连意大利(lì)游客(kè)的数量也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在(zài)南半球建立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里(lǐ)的季(jì)节与之(zhī)前的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一(yī)个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为(wèi)暗物质所存在的非(fēi)常有力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由于这(zhè)个实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截(jié)至(zhì)目前还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台(tái)太(tài)空望远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜(jìng)相同(tóng)，但(dàn)它的(de)宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红(hóng)外仪器的(de)100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探索(suǒ)暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘(mì)，对于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天(tiān)体物理中(zhōng)心(xīn)的(de)科(kē)学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘(mì)的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的(de)一(yī)个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质(zhì)会不(bù)会意味着(zhe)人类并不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某个角落的(de)行星上，暗物(wù)质(zhì)正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大(dà)前提是(shì)要先(xiān)找到暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得(dé)暗物质到底存(cún)不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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