宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存(cún)在科(kē)学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的(de)证(zhèng)据，科学家们在过(guò)去的几十(shí)年当(dāng)中进行了(le)超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却(què)没有发现任何的有效证据。除了一(yī)个地方，在(zài)1687年(nián)出版的自然哲学(xué)数(shù)学(xué)原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一(yī)定有未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行(xíng)轨道的(de)异常，推算(suàn)并且发(fā)现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发(fā)现都是(shì)应(yīng)用万有引力定律(lǜ)所取(qǔ)得(dé)重大天文成就的例子。但(dàn)是这些发(fā)现都(dōu)是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系或(huò)者是星团的(de)尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这(zhè)是一(yī)个由数千个星系(xì)所组成的巨(jù)大星(xīng)系团，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系(xì)团的(de)质量(liàng)一般会(huì)使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可(kě)以确定其质量的(de)范(fàn)围。

第一种是获得(dé)其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二(èr)种是动(dòng)力(lì)学质量的计算，是利(lì)用(yòng)光谱红移(yí)测(cè)量星系团(tuán)中(zhōng)的各个星系(xì)相对于星(xīng)系团的运动速度。当测(cè)量(liàng)结(jié)果出来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在(zài)测量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基发(fā)现(xiàn)星(xīng)系团中(zhōng)很多星系的速度比理(lǐ)论(lùn)上(shàng)要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是(shì)无法将它(tā)们束缚在星(xīng)系团内的，它们(men)早(zǎo)就应该被(bèi)抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量(liàng)在起作用，这(zhè)种力(lì)量来(lái)源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是(shì)它(tā)们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的质量(liàng)。只是当(dāng)时的人们对这样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中的恒(héng)星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢(màn)。但(dàn)是他们观测的结果却让(ràng)人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距(jù)离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度(dù)几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿(dùn)的万(wàn)有引力定律，在星系当中如(rú)果没有足够大的质量(liàng)来吸(xī)引它(tā)们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会(huì)使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方(fāng)法来解释(shì)暗(àn)物质的存在，这种方法就是测量星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气(qì)体的(de)旋转速度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质(zhì)的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距(jù)离星系中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元(yuán)素(sù)，发现(xiàn)它(tā)们的旋(xuán)转速度(dù)并(bìng)不(bù)符(fú)合牛(niú)顿的(de)力学定律。我(wǒ)们的太(tài)阳系(xì)也不例外，太阳系位(wèi)于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的(de)原因很(hěn)可能(néng)就是存在(zài)着(zhe)一种我们看不(bù)到的物质，是这(zhè)些暗(àn)物质的(de)引(yǐn)力效应将星系(xì)聚(jù)集(jí)在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越(yuè)多的研(yán)究人员开始相信暗物质的(de)存在。科学(xué)家根据星系外恒星(xīng)轨道的(de)速度(dù)，估算在星(xīng)系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解(jiě)释这(zhè)个现象的(de)原因(yīn)。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度(dù)上的(de)微小(xiǎo)差异(yì)。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是(shì)星系当(dāng)中存(cún)在的(de)恒(héng)星数(shù)量却(què)只有银河系(xì)的(de)千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会(huì)分崩离析(xī)。但是科学家们使用最先进的(de)望远(yuǎn)镜(jìng)对其(qí)进行(xíng)了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星(xīng)系(xì)中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没(méi)有任何(hé)星系存在。造成这些现象的(de)除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可(kě)能(néng)就(jiù)是人(rén)类对(duì)引力的理解(jiě)还不够(gòu)全面，引力很可能(néng)在不(bù)同尺度空(kōng)间(jiān)中(zhōng)的工作(zuò)方式(shì)是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但是(shì)上(shàng)升(shēng)到星系(xì)和(hé)星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间(jiān)的相互(hù)作用则(zé)是不同(tóng)的方式。对(duì)于在(zài)星(xīng)系(xì)团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质(zhì)量(liàng)之间会(huì)产生对彼此特殊的(de)效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这(zhè)些(xiē)发现(xiàn)也让很多人认为(wèi)暗物质(zhì)假说理论就此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关于暗(àn)物(wù)质存在的其他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)大部(bù)分的质量(liàng)将(jiāng)位于所有这些气体(tǐ)所在(zài)的中(zhōng)间区(qū)域。那么我(wǒ)们通过什么(me)来验证(zhèng)它的质(zhì)量区域到(dào)底(dǐ)是不是集(jí)中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回(huí)了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全彩的高清照片(piàn)，在照(zhào)片中我们可以明显地看到(dào)很多星(xīng)系似(shì)乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身并不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了什么(me)问题，而是这样极遥远的天体和(hé)我(wǒ)们(men)地(dì)球上(shàng)的观(guān)测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大(dà)的(de)天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨(jù)大的天体可(kě)能(néng)是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子(zi)弹星系团观测的时(shí)候，发现(xiàn)它的大(dà)质量区(qū)域并不(bù)是在中间(jiān)，而(ér)是(shì)在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发(fā)生全(quán)部(bù)的碰撞时，可被观(guān)测到的质(zhì)量气体被卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物质则直接通过(guò)了(le)这(zhè)个区域，并在两边(biān)形成了(le)引力透镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的引力(lì)透镜研究也被认为是(shì)暗物(wù)质存(cún)在的(de)迄今为止最好的(de)理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老(lǎo)的光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙空(kōng)间背景上留下了(le)各相同(tóng)性(xìng)的微波(bō)辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域(yù)，但实际上它(tā)们之间的温差只有万分之一(yī)。

科(kē)学(xué)家(jiā)们通(tōng)过对前景背景分离后的二(èr)值图(tú)像进行连通域(yù)提取和标记之后发现(xiàn)，如(rú)果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗(àn)物质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而(ér)随(suí)着(zhe)暗物质的增加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测(cè)量值，我们(men)需要的暗(àn)物(wù)质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星(xīng)运动所需(xū)要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是(shì)一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论(lùn)框(kuāng)架，就很(hěn)好(hǎo)地解释了(le)很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某(mǒu)种类型的粒(lì)子(zi)，它们不参与任何(hé)其(qí)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(zhǒng)粒子的(de)存在，就相当(dāng)于找到了暗物质(zhì)存在的(de)实际证(zhèng)据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需(xū)要(yào)的实验方(fāng)式也不相同。在过去的(de)几十年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找这(zhè)些(xiē)看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次(cì)的(de)实验(yàn)，却没有任何实(shí)质(zhì)性的发现(xiàn)，除了(le)一个地方，意大利的(de)格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地(dì)球上(shàng)最大(dà)的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个(gè)三层楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里的科(kē)学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过(guò)了20多(duō)年的(de)数据(jù)收(shōu)集，人(rén)们发现了(le)一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年(nián)的(de)6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学(xué)家(jiā)认(rèn)为这可(kě)能是人类发秋以为期句式特点，秋以为期句式判断现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质会产生周期性的(de)年度信号呢(ne)？刚才(cái)我(wǒ)们(men)讲了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕着银河(hé)系进行移动，那(nà)么如(rú)果暗物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这(zhè)意(yì)味着我们也在(zài)以这样的(de)速(sù)度在穿越着暗(àn)物质流，这(zhè)个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河系的方向是一致的(de)，而另外半年(nián)则(zé)与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方向正好达(dá)到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物(wù)质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系的(de)平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个(gè)理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这可以用来解释(shì)，研究人员们所观(guān)测到的周期性信(xìn)号(hào)。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这种年度(dù)周(zhōu)期信号(hào)的差异也可能是(shì)温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客(kè)的数量也(yě)符合(hé)这个周期的规(guī)律。

所以，科(kē)学家们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的(de)实验室，这里的季节与之前的实(shí)验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动(dòng)特征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得到相同的信号(hào)，就可以成为暗物(wù)质所存(cún)在(zài)的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截至目前(qián)还无法(fǎ)提(tí)供相应(yīng)的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台(tái)太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提供的视(shì)野(yě)是(shì)哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米实验(yàn)室粒(lì)子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应秋以为期句式特点，秋以为期句式判断，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是生命进(jìn)化(huà)的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进一步的(de)证实(shí)，那么(me)遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星(xīng)上，暗(àn)物质正在通(tōng)过这样的(de)效应创造生(shēng)命(mìng)。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗(àn)物(wù)质存在的实际证据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们(men)觉(jué)得(dé)暗物质到底存不(bù)存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的(de)支持是我(wǒ)更(gèng)新的(de)动(dòng)力！

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