宇宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的？为(wèi)何(hé)会存在(zài)科(kē)学无法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是什么(me)？人类为(wèi)了寻找暗(àn)物质存在的证据，科学家们在(zài)过去的(de)几十年(nián)当中进(jìn)行(xíng)了超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一(yī)个地(dì)方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示(shì)了(le)宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的(de)几百年来，当(dāng)天文(wén)学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不符合万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)的(de)时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨道的异(yì)常(cháng)，推算并(bìng)且(qiě)发现了海(hǎi)王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是(shì)这些(xiē)发(fā)现都(dōu)是在(zài)恒星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可当我(wǒ)们(men)上升到星系或者是星(xīng)团(tuán)的(de)尺度180kg等于多少斤 180kg等于多少磅，事(shì)情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹威基正在研(yán)究和测量后发(fā)星系团的质量(liàng)。这(zhè)是一(yī)个由数千个(gè)星系所组成的巨大(dà)星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一(yī)种是获(huò)得其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的(de)光度。

第二种是动(dòng)力(lì)学质量(liàng)的计算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测(cè)量星系(xì)团中的各个星系相对于星系(xì)团的运动速(sù)度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动(dòng)力学质(zhì)量(liàng)”竟(jìng)然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基发(fā)现星(xīng)系(xì)团中(zhōng)很多星系的速(sù)度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产生的(de)引力是无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之(zhī)外了(le)，除(chú)非有一种(zhǒng)神秘(mì)的力量在起作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了这样部分不可见的暗(àn)质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分的(de)质量。只(zhǐ)是(shì)当时的人(rén)们对这样(yàng)的一(yī)种说180kg等于多少斤 180kg等于多少磅(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星(xīng)运动。理论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的(de)结果却让人感到(dào)不可思(sī)议(yì)。

随着与中(zhōng)心距(jù)离(lí)的增加，恒(héng)星(xīng)的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引力定(dìng)律，在星系(xì)当中如果没有足够大(dà)的(de)质(zhì)量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了(le)。基于这种现象，科学(xué)家们会(huì)使用一(yī)种相(xiāng)对标准的方法来(lái)解释暗物(wù)质的(de)存在，这(zhè)种方法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的(de)旋转速度。如果出(chū)现异(yì)常的(de)结果(guǒ)，就认为(wèi)是(shì)由暗物质的(de)力(lì)量进入其中。

于是科学家们通过(guò)射(shè)电望远镜测量了距(jù)离星(xīng)系中心更远距(jù)离(lí)的氢元素(sù)，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力(lì)学(xué)定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系也不例(lì)外，太(tài)阳系位于银河(hé)系的第(dì)三悬臂之上，距离(lí)银(yín)河系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据(jù)万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速(sù)度，那么产生以上这(zhè)种向心(xīn)加速度的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引力(lì)效应将星系(xì)聚集在(zài)了一起。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外(wài)恒星(xīng)轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释(shì)这个(gè)现(xiàn)象的(de)原因。在一项新的(de)研(yán)究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小差异(yì)。另外，天文(wén)学(xué)家还发现了一(yī)个反常的星(xīng)系(xì)，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银河系(xì)不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数(shù)量却(què)只有银(yín)河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗(àn)物质，否则(zé)就会(huì)分(fēn)崩离(lí)析。但是科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望远镜(jìng)对(duì)其进行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现星系(xì)中的恒星运动是可以用正常的物质和力(lì)学定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一(yī)个大星(xīng)系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附(fù)近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很(hěn)可能(néng)在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不(bù)同的，这(zhè)意味着在行星(xīng)系(xì)尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式(shì)运动。但是上升到星系和(hé)星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则(zé)是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还引入(rù)了外部场(chǎng)效(xiào)应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的(de)规模(mó)上，巨大的质量之(zhī)间(jiān)会(huì)产生对彼(bǐ)此特殊(shū)的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味(wèi)着我们需(xū)要对现在的物理定(dìng)律进行修正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗(àn)物质假说理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于(yú)暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德(dé)理论所没(méi)法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星(xīng)系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星(xīng)系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候(hòu)，星(xīng)际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导(dǎo)致(zhì)温度的(de)急剧升高，速度(dù)大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大(dà)部(bù)分的质(zhì)量(liàng)将(jiāng)位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所在(zài)的中间区(qū)域。那(nà)么我们通过(guò)什么(me)来(lái)验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回了宇宙当(dāng)中第一(yī)张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地(dì)看到很多星系似乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的形变。其(qí)实这些星(xīng)系(xì)本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和我们地球(qiú)上(shàng)的观(guān)测者之(zhī)间。被一个质(zhì)量超级巨大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超(chāo)大质(zhì)量的(de)东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系团观(guān)测的时候，发现(xiàn)它(tā)的大质(zhì)量区域并不是(shì)在中间(jiān)，而(ér)是(shì)在两侧(cè)。所以最(zuì)好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观(guān)测到(dào)的质量气体(tǐ)被(bèi)卡在(zài)了中间，暗(àn)物质则(zé)直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成(chéng)了(le)引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年(nián)之后，可(kě)见光终(zhōng)于(yú)可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微(wēi)波辐(fú)射。其中红色(sè)的部分(fēn)表(biǎo)示温度(dù)较高的(de)区域，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的区域，但(dàn)实际上它们(men)之间的(de)温差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学家(jiā)们(men)通过对(duì)前(qián)景背景分离后的(de)二值图像进行连(lián)通域提取和标(biāo)记之后(hòu)发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该是(shì)这样的，而(ér)随着暗(àn)物质的增加(jiā)，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量(liàng)值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒(héng)星运(yùn)动所需要(yào)的暗物(wù)质(zhì)比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架(jià)，就很好地(dì)解释了很多不同的观测结(jié)果。而暗物(wù)质的(de)本质就(jiù)是(shì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中存(cún)在(zài)着某(mǒu)种(zhǒng)类型的(de)粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。这种粒(lì)子到底(dǐ)是什么？科(kē)学家(jiā)们已经提出了数十(shí)种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标(biāo)，而(ér)要寻找这些不同的(de)目标粒子(zi)所需要(yào)的实验方式(shì)也不(bù)相同。在过去(qù)的几十年当中，人(rén)类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不(bù)到(dào)，几(jǐ)乎(hū)不(bù)会(huì)与常规物(wù)质(zhì)相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次的实(shí)验，却没(méi)有任何(hé)实质性的(de)发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上(shàng)最大的(de)地学(xué)实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器(qì)，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科学家(jiā)声(shēng)称观测到(dào)了某种信号(hào)。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发现了(le)一个有趣的(de)事情。探测(cè)率会(huì)在每年的(de)6月份达到(dào)峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年(nián)都是一样(yàng)。一些科学家(jiā)认为(wèi)这可能是人类发现暗(àn)物(wù)质的(de)第(dì)一(yī)个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这(zhè)意(yì)味着(zhe)我们(men)也在以这样的速度(dù)在(zài)穿(chuān)越着暗物质流(liú)，这个过程中会产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕太(tài)阳进行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太阳环(huán)绕(rào)银河系的方向是一致的，而另外半(bàn)年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到完全(quán)一致，这是(shì)理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对(duì)银河系(xì)的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为这可以用来解释，研究人员(yuán)们所观测到(dào)的周(zhōu)期性(xìng)信(xìn)号。当然也可能(néng)有其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期信(xìn)号的差(chà)异也(yě)可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山(shān)上的(de)积雪，甚(shèn)至连意(yì)大利(lì)游客的数量也符合这个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南(nán)半球(qiú)建立了(le)一(yī)个(gè)几(jǐ)乎相同(tóng)的实验(yàn)室(shì)，这里(lǐ)的季节与之前的实(shí)验(yàn)室正好(hǎo)相反，而在(zài)这里，地球穿过(guò)暗物质(zhì)流(liú)的运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里可以得到(dào)相同的信号(hào)，就可以成(chéng)为暗物质所存在的(de)非常有力的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提(tí)供相(xiāng)应的(de)数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台(tái)太(tài)空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其(qí)中(zhōng)一(yī)个关键的用途就(jiù)是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的(de)结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实(shí)验室粒子(zi)天(tiān)体(tǐ)物理中心的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进(jìn)化的一个重要因素(sù)。

如果这一(yī)理论得到(dào)进(jìn)一(yī)步(bù)的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落的(de)行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创(chuàng)造生命。当(dāng)然(rán)，这些推(tuī)论的(de)大前(qián)提是要先找到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动(dòng)力！

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