宇宙是“人(rén)为(wèi)制造”的？为何会(huì)存在科(kē)学无法解释(shì)的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又究竟是(shì)什(shén)么？人类为(wèi)了寻找暗物质(zhì)存在(zài)的证(zhèng)据(jù)，科学家们在(zài)过(guò)去(qù)的几十年当(dāng)中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现任何(hé)的(de)有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原(yuán)理一书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就(jiù)会(huì)知道(dào)，周围一定有未知(zhī)的天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄(shè)动它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律所取得(dé)重大天文成就的例(lì)子。但(dàn)是这(zhè)些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们上(shàng)升到星(xīng)系(xì)或者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事(shì)情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研(yán)究和测(cè)量(liàng)后发(fā)星系(xì)团(tuán)的质量。这是一(yī)个由数千个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团，这些星系被(bèi)引力(lì)束缚(fù)在一起。测量(liàng)星系团的(de)质(zhì)量(liàng)一(yī)般会使用(yòng)到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其(qí)质(zhì)量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要(yào)的(de)数据是测量各(gè)个星(xīng)系的光度。

第二(èr)种是动力学质量的计算(suàn)，是(shì)利用(yòng)光(guāng)谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星(xīng)系团的运动速(sù)度(dù)。当测量结果出(chū)来(lái)之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动(dòng)学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可见星(xīng)系(xì)的(de)质量所产生的(de)引力是(shì)无法将(jiāng)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(tuán)之外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的(de)力量(liàng)在起作用(yòng)，这(zhè)种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样(yàng)部分(fēn)不可见的暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只(zhǐ)是当时的(de)人们(men)对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女(nǚ)座星系中的(de)恒(héng)星运动。理论上来(lái)说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可(kě)思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的质(zhì)量(liàng)来(lái)吸(xī)引它们，这些(xiē)外围(wéi)的恒星(xīng)早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当中了(le)。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科(kē)中国有多少万大军，中国多少万兵力学(xué)家(jiā)们会使用(yòng)一(yī)种(zhǒng)相对标准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是(shì)由(yóu)暗物质的力(lì)量进入其中。

于(yú)是(shì)科(kē)学家(jiā)们通过射(shè)电(diàn)望远镜(jìng)测量了(le)距离星系中心更远距离(lí)的(de)氢元素，发现它们的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合牛顿(dùn)的(de)力学(xué)定律。我(wǒ)们的(de)太阳系也不例外，太阳系位于银河系(xì)的第(dì)三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)进行计算，太阳系的(de)运行速度(dù)应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度(dù)，那么产(chǎn)生(shēng)以(yǐ)上这种向心加(jiā)速度(dù)的原因很可能就是存在(zài)着一种我们看(kàn)不到的物质，是(shì)这些暗(àn)物质的(de)引力效应将星系(xì)聚(jù)集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多(duō)的研究人员开始相信(xìn)暗(àn)物质的存在。科(kē)学家根据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道的速度，估(gū)算在星系当(dāng)中暗物质的质(zhì)量占整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以(yǐ)解(jiě)释这个(gè)现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应(yīng)的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会出现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文(wén)学家(jiā)还发现了(le)一个反(fǎn)常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不(bù)多，但是星系(xì)当中存在的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论(lùn)上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则(zé)就会分崩(bēng)离(lí)析(xī)。但是(shì)科学(xué)家(jiā)们使用最先(xiān)进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其(qí)进行(xíng)了40个(gè)小时的详(xiáng)细测(cè)量(liàng)之(zhī)后，发现星系中的(de)恒(héng)星运动是可(kě)以(yǐ)用正常(cháng)的(de)物质和力学(xué)定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离(lí)了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的(de)除(chú)了暗物(wù)质的假说之外，另(lìng)一种可能就是人(rén)类对引力的(de)理解还不够(gòu)全(quán)面，引力很(hěn)可(kě)能在不同尺度(dù)空间中(zhōng)的(de)工作方(fāng)式(shì)是不(bù)同的(de)，这意味着在行星系(xì)尺度(dù)中的天(tiān)体会(huì)沿着它(tā)们的(de)轨道，按(àn)照我(wǒ)们(men)所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学(xué)家还引入了外(wài)部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些(xiē)发现也(yě)让(ràng)很(hěn)多人认为暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就(jiù)此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关于(yú)暗(àn)物(wù)质存在的其他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光(guāng)年(nián)的子弹(dàn)星系团，由两个碰(pèng)撞的(de)星系团(tuán)所组成，类似(shì)这样的星团，它(tā)们大部分(fēn)的普通质量都在星系的(de)气体当(dāng)中(zhōng)。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候(hòu)，星际气体的相互(hù)作用就会导致(zhì)温(wēn)度的(de)急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所在的中间区(qū)域。那么我们通过什么(me)来验证它的质量(liàng)区域到底是不是集(jí)中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的(de)高清(qīng)照片，在(zài)照(zhào)片中我(wǒ)们可以明显地(dì)看(kàn)到很多(duō)星系(xì)似乎被拉(lā)伸产生(shēng)了巨(jù)大的形变。其实这些星系本身(shēn)并(bìng)不是(shì)真的(de)被扭曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什(shén)么问题，而是(shì)这样极遥(yáo)远的天(tiān)体和(hé)我(wǒ)们(men)地球上(shàng)的观测者之间(jiān)。被(bèi)一(yī)个质(zhì)量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星(xīng)系的(de)光都发生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对(duì)子(zi)弹星(xīng)系(xì)团观测的时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形(xíng)成了引力(lì)透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团的引力(lì)透镜(jìng)研究(jiū)也被认为是暗(àn)物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之(zhī)外(wài)，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于(yú)可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了(le)130多(duō)亿年之后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下了(le)各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度(dù)较高的(de)区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区(qū)域(yù)，但实际上它们(men)之间的温差只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科(kē)学家(jiā)们通过对(duì)前(qián)景背景分离后(hòu)的二值图像进(jìn)行连通域提取(qǔ)和标记之(zhī)后(hòu)发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形看起来(lái)不应该是这样(yàng)的，而随着(zhe)暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得(dé)看起来“和(hé)谐(xié)”。为了(le)匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的(de)测量值，我们(men)需要的暗物质大约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星(xīng)运动所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很好地解(jiě)释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们(men)不(bù)参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力(lì)来相互(hù)作用。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们(men)已经提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这(zhè)些不同的目(mù)标粒(lì)子(zi)所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物(wù)质相互作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学(xué)家们(men)已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿(ā)尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的(de)数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的(de)6月(yuè)份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每(měi)年都(dōu)是一样。一些(xiē)科学家认为(wèi)这可(kě)能是(shì)人(rén)类(lèi)发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗(àn)物质会产生周期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在(zài)以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这个(gè)过程中会产生相应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时间(jiān)，地(dì)球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达(dá)到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流(liú)最(zuì)快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的(de)情(qíng)况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对(duì)银(yín)河系的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不(bù)影响这(zhè)个理论(lùn)的(de)有效性(xìng)。

因此科(kē)学家(jiā)认(rèn)为(wèi)这可(kě)以用(yòng)来解释，研究人(rén)员们所观(guān)测到的周期性信(xìn)号。当然也(yě)可能(néng)有其他(tā)的情况，造成这种年(nián)度周期信(xìn)号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数(shù)量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科(kē)学(xué)家们又在南半(bàn)球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的(de)季(jì)节与之前的实验(yàn)室(shì)正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第一个实(shí)验室(shì)是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可以(yǐ)得到(dào)相同(tóng)的(de)信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个(gè)实验室(shì)刚(gāng)刚(gāng)建成不(bù)久，所以截(jié)至目(mù)前还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台(tái)太空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空望远镜(jìng)其中一个(gè)关(guān)键的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘(mì)，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生(shēng)命进化的(de)一个重(zhòng)要因素。

如果这一理(lǐ)论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物(wù)质(zhì)会(huì)不会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或(huò)许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗(àn)物质(zhì)正在通过这样的(de)效应创造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗(àn)物质(zhì)存(cún)在(zài)的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的(de)支持是我更新的(de)动力！

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