宇宙是“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何会存(cún)在科学无(wú)法解(jiě)释的“暗(àn)物(wù)质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟是什(shén)么？人(rén)类为了寻找暗(àn)物质存(cún)在的(de)证据，科(kē)学家们在过去的(de)几十(shí)年当中(zhōng)进行了(le)超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除了(le)一个地(dì)方，在1687年出版的(de)自海南岛的面积多大,人口有多少人，海南岛的面积多大,人口有多少(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿(dùn)发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天(ti海南岛的面积多大,人口有多少人，海南岛的面积多大,人口有多少ān)文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引(yǐn)力定(dìng)律的(de)时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体(tǐ)通过(guò)引力在(zài)摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海(hǎi)王星(xīng)的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发现都(dōu)是应用万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律所(suǒ)取得(dé)重大(dà)天文成(chéng)就的例(lì)子。但是这(zhè)些发现都是(shì)在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星(xīng)系或者是星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹(zī)威基正(zhèng)在(zài)研究和测量后发星(xīng)系团的质量。这是一(yī)个由数千个星(xīng)系所组成的巨(jù)大星系团(tuán)，这些星系被引力(lì)束(shù)缚在(zài)一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的(de)质量一般会使用(yòng)到(dào)两种方法，当(dāng)两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度(dù)学的质量"，需要的(de)数据(jù)是(shì)测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各(gè)个星(xīng)系相对于星系团的(de)运动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团(tuán)有99%的(de)质量消失了(le)，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不(bù)以可见(jiàn)光的形式(shì)所存在，我(wǒ)们无(wú)法看到。最(zuì)诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基(jī)发现星系团中很(hěn)多星系的速(sù)度比理论上要(yào)快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系(xì)的质(zhì)量所(suǒ)产(chǎn)生的引力是(shì)无(wú)法将它们束缚(fù)在星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出(chū)星系团之外了，除(chú)非有一种神秘(mì)的力(lì)量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部(bù)分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次(cì)出(chū)现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星系(xì)中的恒星(xīng)运(yùn)动。理论上(shàng)来(lái)说，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他(tā)们观测的结果(guǒ)却让(ràng)人(rén)感到不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒(héng)星的(de)旋转速(sù)度几乎(hū)保持(chí)不变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果没有足(zú)够大的质(zhì)量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中了(le)。基(jī)于(yú)这(zhè)种现象，科学家们(men)会(huì)使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标准的方(fāng)法来解释暗(àn)物(wù)质(zhì)的存在，这种方法就是测(cè)量星系当中(zhōng)气(qì)体在X轴(zhóu)上(shàng)距离(lí)星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋(xuán)转速度(dù)。如果出现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物(wù)质的(de)力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜测量了(le)距离星系中心更(gèng)远距离的氢元(yuán)素，发现它(tā)们(men)的旋(xuán)转速(sù)度并不符合牛顿(dùn)的(de)力(lì)学定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系(xì)的第三(sān)悬臂(bì)之上，距离银(yín)河(hé)系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律进行(xíng)计算，太(tài)阳系的运(yùn)行(xíng)速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于(yú)理论速度，那么产生(shēng)以上(shàng)这(zhè)种向(xiàng)心加速(sù)度的原因很可能就是存在(zài)着(zhe)一种我(wǒ)们看不到(dào)的物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质(zhì)的引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越(yuè)来越(yuè)多的研究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在。科学家(jiā)根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是(shì)唯一可以解释(shì)这(zhè)个现象的原因。在(zài)一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科(kē)学家们发现(xiàn)，几乎没有引力(lì)效应的(de)遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另外(wài)，天文学家还发(fā)现(xiàn)了一个反常(cháng)的(de)星系(xì)，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多(duō)，但(dàn)是(shì)星系当中存在的恒星数量(liàng)却(què)只有(yǒu)银(yín)河系(xì)的千分(fēn)之一。

所以在理论(lùn)上，该星(xīng)系(xì)必(bì)须存在暗物质，否则(zé)就(jiù)会分崩离(lí)析(xī)。但是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个(gè)小时的详细测量之(zhī)后，发现星系(xì)中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物(wù)质和(hé)力学定律(lǜ)来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星系的(de)暗物(wù)质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的(de)附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这(zhè)些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质(zhì)的(de)假说(shuō)之外，另一种可(kě)能就(jiù)是人类对引力(lì)的理解还不够全(quán)面，引力(lì)很可(kě)能在(zài)不(bù)同尺度空(kōng)间中的工作方式(shì)是不(bù)同的，这意味着(zhe)在行(xíng)星系尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们(men)所理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但是(shì)上升到星(xīng)系(xì)和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团之(zhī)间的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是(shì)在数百(bǎi)万光年(nián)的规模(mó)上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的(de)效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要对(duì)现在(zài)的物理定律(lǜ)进行(xíng)修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物(wù)质存在的(de)其他的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据(jù)是蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团所组成，类似(shì)这(zhè)样的星团，它们大部分的普通(tōng)质(zhì)量都在星(xīng)系(xì)的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的时(shí)候，星(xīng)际(jì)气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系团大部(bù)分的质量将位于(yú)所有这些气体所在的(de)中间(jiān)区域。那么(me)我们(men)通过什么来验证它的(de)质量区(qū)域到底是(shì)不是集中(zhōng)在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一(yī)张(zhāng)全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看到很(hěn)多(duō)星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的(de)形变。其实这些(xiē)星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样(yàng)极遥远的天(tiān)体和我们(men)地球上的(de)观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的(de)海南岛的面积多大,人口有多少人，海南岛的面积多大,人口有多少天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发(fā)生了(le)扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这个(gè)巨大的天体可(kě)能(néng)是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它(tā)的(de)大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解(jiě)释(shì)方法就(jiù)是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气(qì)体被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物质(zhì)则(zé)直接通过了这个区(qū)域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团的引力透镜研(yán)究也被(bèi)认为是暗物质存在(zài)的迄(qì)今为止最好(hǎo)的(de)理论(lùn)证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对较冷的区域(yù)，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们(men)通过对(duì)前景(jǐng)背景分离后的二值图像(xiàng)进(jìn)行连通域提(tí)取和标记(jì)之后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量(liàng)值(zhí)，我(wǒ)们需(xū)要的(de)暗(àn)物质(zhì)大(dà)约是普(pǔ)通(tōng)物(wù)质的5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星系当(dāng)中恒星运动(dòng)所需要(yào)的(de)暗物质比(bǐ)例(lì)是(shì)一致(zhì)的(de)。这(zhè)就意味(wèi)着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的(de)理论框架，就很(hěn)好地解释了很多(duō)不同的观测结(jié)果。而暗物质的(de)本质就是(shì)宇宙当中存(cún)在着(zhe)某种类型(xíng)的粒子，它们不参(cān)与任(rèn)何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来(lái)相互(hù)作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的(de)存在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到(dào)了(le)暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们(men)已(yǐ)经提出了数(shù)十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒(lì)子所需要的实验(yàn)方式也(yě)不相同(tóng)。在过去(qù)的几(jǐ)十年当中，人(rén)类为了(le)寻(xún)找这(zhè)些看(kàn)不见、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们已经进行了超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何(hé)实质性(xìng)的(de)发(fā)现，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大的地(dì)学实验室，这(zhè)个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器(qì)，一直致力于寻找暗物(wù)质(zhì)粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到了(le)某种(zhǒng)信(xìn)号。经(jīng)过(guò)了20多(duō)年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家(jiā)认为这可能(néng)是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物(wù)质会产生(shēng)周期性的年(nián)度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲了(le)太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围绕着(zhe)银河(hé)系进(jìn)行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生(shēng)相(xiāng)应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的(de)时(shí)间，地球围绕(rào)太阳(yáng)的方向与太阳环(huán)绕银河系的方(fāng)向是一致的，而(ér)另外半年则与(yǔ)之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的(de)方向正好达到完全一致，这(zhè)是理(lǐ)论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情(qíng)况(kuàng)中(zhōng)，太阳(yáng)系(xì)相对(duì)银河(hé)系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这种年(nián)度周(zhōu)期信号(hào)的差(chà)异(yì)也可能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的(de)水分、高山(shān)上的(de)积(jī)雪，甚至(zhì)连(lián)意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又在(zài)南半(bàn)球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一个(gè)实(shí)验室是(shì)一(yī)样的(de)。

因(yīn)此，如果在这里(lǐ)可(kě)以得到相(xiāng)同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射(shè)一(yī)台新的(de)望(wàng)远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的(de)视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个(gè)关键的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验(yàn)室粒子天体(tǐ)物理中心的科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物(wù)质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生(shēng)命进(jìn)化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的(de)暗物质(zhì)会不会意味着人(rén)类并(bìng)不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在(zài)宇(yǔ)宙当中某个(gè)角落的行(xíng)星上，暗(àn)物质正在通过这样的效应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前(qián)提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底(dǐ)存(cún)不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的(de)支持是我更新的(de)动(dòng)力(lì)！

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