宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学(xué)无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学(xué)家们在过(guò)去的几十年当中进行了超过50次的(de)长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律，它揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文(wén)学家们(men)发现(xiàn)某些天体运行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符(fú)合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道(dào)，周围(wéi)一定有未知的(de)天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗(huì)星、生日快乐缩写HBD，hb生日快乐缩写冥王星的发现都是(shì)应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例子(zi)。但(dàn)是这些发现都是在恒星(xīng)系统的(de)尺(chǐ)度当(dāng)中(zhōng)，可当我们(men)上(shàng)升到星系或者是(shì)星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在研究(jiū)和测量后发星(xīng)系(xì)团的质量。这是(shì)一(yī)个由数千个(gè)星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用(yòng)到两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种是(shì)获(huò)得(dé)其(qí)"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要(yào)的(de)数据(jù)是(shì)测量各(gè)个星(xīng)系的(de)光度(dù)。

第二种是动力学质(zhì)量(liàng)的计算(suàn)，是(shì)利用(yòng)光谱红移测量(liàng)星系团中的各个星(xīng)系相对于(yú)星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者(zhě)说这99%的质量并不(bù)以可见光的形式(shì)所存在，我们(men)无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程(chéng)中，兹威基(jī)发现星系团中(zhōng)很(hěn)多(duō)星系的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量(liàng)所产生(shēng)的引(yǐn)力是(shì)无法将它们(men)束(shù)缚在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了(le)这样部(bù)分不可(kě)见的暗质，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯特福特在(zài)观(guān)测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离(lí)中心越(yuè)远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却让(ràng)人感到(dào)不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的(de)旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持不(bù)变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外(wài)围的(de)恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家(jiā)们会(huì)使(shǐ)用一种相对标准的(de)方(fāng)法来(lái)解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物质(zhì)的(de)力量进入其中。

于是科学家们(men)通过射(shè)电望远镜测量了(le)距离星系中心更远距离(lí)的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符(fú)合(hé)牛(niú)顿(dùn)的力学(xué)定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有引力(lì)定律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系(xì)的(de)运行速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远大于理论(lùn)速度，那(nà)么产生以上这种向心加速(sù)度的原(yuán)因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到(dào)的物质，是这(zhè)些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研究(jiū)人(rén)员(yuán)开始(shǐ)相信暗物质的存(cún)在。科(kē)学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估算在(zài)星系当中暗(àn)物(wù)质的质量占(zhàn)整(zhěng)个星(xīng)系(xì)质量的(de)85%。但是，暗物(wù)质并不是(shì)唯一可(kě)以解释这(zhè)个现(xiàn)象的原(yuán)因(yīn)。在一项新的(de)研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几乎(hū)没(méi)有引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学家还发现了(le)一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但是星系当中存在的(de)恒星数量却只有(yǒu)银河系(xì)的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗物质，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(jìn)行(xíng)了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星系中的恒(héng)星运(yùn)动是(shì)可以用正(zhèng)常的物质(zhì)和(hé)力学定律来解(jiě)释(shì)的(de)。那么(me)又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近的(de)另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是(shì)，它的(de)附(fù)近(jìn)没有(yǒu)任何星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就是人类对引力的(de)理解还不(bù)够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空(kōng)间中的(de)工作方式是不同的，这(zhè)意味着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系(xì)和星团的尺度(dù)，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系(xì)团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应(yīng)的(de)概(gài)念，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间(jiān)会产生对彼此特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们(men)需要对现在的(de)物理定律进行修正，这些发现也(yě)让很(hěn)多(duō)人认为暗物(wù)质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的(de)其他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据是蒙(méng)德(dé)理论(lùn)所没法解释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光(guāng)年的子(zi)弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都(dōu)在星系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团(tuán)以10生日快乐缩写HBD，hb生日快乐缩写00万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系团大(dà)部分的质量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气体所在(zài)的中间区域。那么我们通过(guò)什么(me)来验证它的质(zhì)量区域到底是不是集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全(quán)彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产生(shēng)了巨大(dà)的(de)形变。其实(shí)这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什(shén)么问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远的(de)天体(tǐ)和我们地(dì)球上的观(guān)测者之间。被(bèi)一个(gè)质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的(de)东(dōng)西的(de)引力，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个(gè)巨(jù)大的天体可能是超大(dà)质(zhì)量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现(xiàn)它的大质量(liàng)区域并(bìng)不是在(zài)中间，而(ér)是在(zài)两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就(jiù)是当星团(tuán)发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗物质则(zé)直接通过了这(zhè)个区(qū)域，并在(zài)两边形成了引力(lì)透(tòu)镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研(yán)究(jiū)也被认为是暗(àn)物质(zhì)存在的迄(qì)今为(wèi)止最好的(de)理论证据。

除(chú)此之外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的微(wēi)波辐(fú)射。其中红色(sè)的部(bù)分表示温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们(men)之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过(guò)对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连(lián)通域(yù)提(tí)取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗(àn)物(wù)质，图形看起来(lái)不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐(fú)射的(de)测量值(zhí)，我们需要的(de)暗物质大约是(shì)普通物(wù)质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比(bǐ)例是一(yī)致的(de)。这就意(yì)味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好地解(jiě)释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的(de)本(běn)质就是宇(yǔ)宙当中存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子，它(tā)们不参与任何(hé)其他(tā)的电(diàn)磁作用，只通过引力(lì)来相互作用(yòng)。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到这种粒(lì)子的存在，就相(xiāng)当于(yú)找(zhǎo)到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底(dǐ)是(shì)什么？科学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找(zhǎo)这些不(bù)同的目标(biāo)粒子所需要的实验方式也不(bù)相同(tóng)。在过去的几十年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不(bù)会与常规物(wù)质(zhì)相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质(zhì)性的(de)发现，除(chú)了一(yī)个地方(fāng)，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最大的地(dì)学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一(yī)直(zhí)致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据(jù)收(shōu)集，人们(men)发现了一个有趣的事(shì)情。探测率会在每年(nián)的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每(měi)年都是一(yī)样。一些科学(xué)家(jiā)认为这(zhè)可能是(shì)人类发现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什(shén)么暗物(wù)质会(huì)产生周期性的(de)年度(dù)信号(hào)呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移(yí)动，那么如(rú)果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以(yǐ)这样(yàng)的速度在(zài)穿越着(zhe)暗物(wù)质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的(de)速(sù)度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河(hé)系(xì)的方向是一致的，而(ér)另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方(fāng)向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论(lùn)上地(dì)球穿越暗物(wù)质(zhì)流最快的时(shí)段。而在11月(yuè)份(fèn)，又(yòu)恰好(hǎo)达到了(le)最慢值。尽管在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平(pí生日快乐缩写HBD，hb生日快乐缩写ng)面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学家认为这(zhè)可(kě)以(yǐ)用来解(jiě)释，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号。当(dāng)然也(yě)可能有其(qí)他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的(de)差异也可(kě)能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客(kè)的数量也(yě)符(fú)合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建(jiàn)立了(le)一个几(jǐ)乎相(xiāng)同(tóng)的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的(de)运动特征和(hé)第一(yī)个实验室是一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里可以得到相同(tóng)的信号(hào)，就可以成为(wèi)暗(àn)物质(zhì)所存在的非常有(yǒu)力的证据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截至(zhì)目前还(hái)无(wú)法提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的(de)望远镜(jìng)，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的视野(yě)是哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中一个关键的用(yòng)途就是(shì)探索暗物(wù)质背后的(de)奥秘(mì)，对于探(tàn)测的(de)结(jié)果，我们(men)只能拭(shì)目(mù)以(yǐ)待了(le)。费(fèi)米实验(yàn)室粒子(zi)天体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发(fā)现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存在，它(tā)们极有可(kě)能拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说是生命进化(huà)的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如果(guǒ)这一理论得到(dào)进一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质(zhì)会不会意味着人(rén)类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的(de)行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在通过(guò)这样(yàng)的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这些推论的(de)大(dà)前提是要(yào)先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么(me)小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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