宇宙是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何(hé)会存在(zài)科学无法解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的(de)证据，科学家们在过去(qù)的几十年当中进(jìn)行了(le)超(chāo)过50次的(de)长期实验，但(dàn)是却(què)没有发(fā)现任何的有效(xiào)证(zhèng)据。除(chú)了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数(shù)学原理一书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的(de)几百年(nián)来(lái)，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道(dào)出现异常(cháng)，不符合(hé)万有引力定律的时候(hòu)，他们就会(huì)知道，周围一(yī)定有(yǒu)未知(zhī)的天(tiān)体通过引力在摄动(dòng)它(tā)的轨道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本(běn)勒维(wéi)耶就(jiù)通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引(yǐn)力定律所取得重大天(tiān)文成就的(de)例(lì)子。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们(men)上升到(dào)星(xīng)系或者是星(xīng)团的尺度，事(shì)情就开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量(liàng)后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数(shù)千(qiān)个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会使用到两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定(dìng)其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种是获(huò)得其"光(guāng)度学的质量"，需(xū)要的数(shù)据(jù)是(shì)测量(liàng)各个星(xīng)系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红(hóng)移(yí)测量(liàng)星系团中的各个星系相对于星系团的运(yùn)动速度。当(dāng)测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着(zhe)，后发(fā)座星系团有99%的(de)质量消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量(liàng)并不以可见(jiàn)光(guāng)的形式所存(cún)在(zài)，我们(men)无法看到。最(zuì)诡异(yì)的是，在(zài)测量速度的(de)过程中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团中很多星系的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星系的质量(liàng)所产生的引力是(shì)无法将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘(mì)的力量(liàng)在(zài)起作用(yòng)，这种力(lì)量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射(shè)光，但是它们却(què)占据着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的(de)质量。只是(shì)当时的人们对这(zhè)样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才(cái)再(zài)一(yī)次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观测仙(xiān)女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越远的(de)恒星在其轨道上(shàng)的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测的(de)结果却让(ràng)人(rén)感到不可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距(jù)离的增加(jiā)，恒(héng)星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系(xì)当中如(rú)果(guǒ)没(méi)有足够大的质量来吸(xī)引它(tā)们，这些外(wài)围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科(kē)学(xué)家们会使用一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物质的(de)存在，这种方法(fǎ)就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度(dù)。如果(guǒ)出(chū)现异常的(de)结(jié)果，就认(rèn)为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科(kē)学家们通过射(shè)电(diàn)望远镜测量了(le)距(jù)离星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学(xué)定(dìng)律海南岛的面积多大,人口有多少人，海南岛的面积多大,人口有多少。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也不(bù)例外，太阳(yáng)系位(wèi)于(yú)银河系(xì)的第(dì)三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于(yú)理(lǐ)论(lùn)速度(dù)，那么(me)产生以上这种向心加速度的原(yuán)因很可能就(jiù)是存(cún)在(zài)着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物(wù)质(zhì)的引力效应将星(xīng)系聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也(yě)是(shì)从这时开始，越(yuè)来越(yuè)多的研(yán)究人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据(jù)星系外(wài)恒(héng)星轨道的(de)速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一(yī)可以(yǐ)解释这个现象(xiàng)的(de)原因。在(zài)一(yī)项(xiàng)新的研究当中，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎(hū)没有引力效(xiào)应(yīng)的遥远恒星之间(jiān)，也会出现(xiàn)速度(dù)上的微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银河系不多(duō)，但是星系(xì)当中存在(zài)的恒星(xīng)数量却(què)只(zhǐ)有银河系的(de)千分之一(yī)。

所以(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(men)使用最先进的望远镜(jìng)对其(qí)进行了40个小时的详细测量(liàng)之后(hòu)，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以(yǐ)用正(zhèng)常的物质和力学定律来解释的。那(nà)么(me)又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星系的(de)暗物质，已经被(bèi)附(fù)近的(de)另一个大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附(fù)近没有任何星系存在。造(zào)成这些(xiē)现象的除了暗物质(zhì)的(de)假说之外，另一种可(kě)能就(jiù)是人类对(duì)引力(lì)的理解(jiě)还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的工作方式是不(bù)同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们(men)的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们(men)所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度(dù)，引力之(zhī)间的相互作用则是(shì)不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入(rù)了(le)外部场效应的概念，指的(de)是(shì)在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊(shū)的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着(zhe)我们(men)需(xū)要对现(xiàn)在的物理定(dìng)律进(jìn)行(xíng)修正，这些发(fā)现也(yě)让很多(duō)人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于暗物(wù)质存在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的(de)“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年(nián)的(de)子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)，由两个碰撞的星(xīng)系团所(suǒ)组成，类(lèi)似这(zhè)样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气(qì)体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的(de)相(xiāng)互作用(yòng)就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质(zhì)量将位于所有这(zhè)些气(qì)体所在的中间区域。那么(me)我们通过什么来验(yàn)证它的质(zhì)量区域(yù)到底(dǐ)是(shì)不是集(jí)中(zhōng)在中(zhōng)间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很(hěn)多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其(qí)实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么(me)问(wèn)题(tí)，而是这样极遥远的天(tiān)体和我(wǒ)们地球(qiú)上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的东(dōng)西(xī)的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥(yáo)远(yuǎn)星(xīng)系(xì)的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的(de)天(tiān)体可(kě)能是超(chāo)大质量的(de)黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星(xīng)系团观测(cè)的时(shí)候，发现它的大质(zhì)量区(qū)域并不是在中间(jiān)，而是在(zài)两侧(cè)。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的(de)质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了(le)这个(gè)区域(yù)，并在(zài)两(liǎng)边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当中最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上留下(xià)了各相同性的微波(bō)辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的部(bù)分表示(shì)温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但实(shí)际上它们之(zhī)间的温差只有万分之(zhī)一。

科(kē)学家们通(tōng)过对前景背(bèi)景分离后的二值图像进(jìn)行连(lián)通域(yù)提取和(hé)标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而(ér)随(suí)着暗物质的(de)增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们(men)需要的(de)暗物质大约(yuē)是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系(xì)当中恒(héng)星运(yùn)动所(suǒ)需要的(de)暗物质比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框架(jià)，就很好地解释了很多不(bù)同的观(guān)测结(jié)果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任何(hé)其(qí)他的(de)电(diàn)磁作(zuò)用，只通(tōng)过(guò)引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这(zhè)种粒(lì)子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存(cún)在(zài)的(de)实(shí)际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已(yǐ)经提出了(le)数十(shí)种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十(shí)年当(dāng)中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不(bù)到(dào)，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有任何(hé)实质性(xìng)的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的地学实验室，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的(de)探(tàn)测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年(nián)以来(lái)，这(zhè)里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多(duō)年(nián)的(de)数据(jù)收(shōu)集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率(lǜ)会(huì)在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到(dào)最低，而且(qiě)在20年当中每年(nián)都是一样。一些科(kē)学(xué)家认为这可能(néng)是人类发现暗(àn)物质的第一(yī)个直接(jiē)证据(jù)。

但是为什么(me)暗(àn)物质会产生周期性的年度(dù)信(xìn)号(hào)呢(ne)？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河(hé)系进行移动，那么如(rú)果暗(àn)物质存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着(zhe)我们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方向是(shì)一致(zhì)的，而另外(wài)半年(nián)则与之相反。

而(ér)在(zài)6月份的时候，地(dì)球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正好达到完(wán)全(quán)一(yī)致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这(zhè)个(gè)理论(lùn)的有效性。

因此(cǐ)科(kē)学(xué)家认为这可以用(yòng)来解(jiě)释，研究人员们所观测到的(de)周期性(xìng)信号。当然也可能有其他的(de)情况，造成这种年(nián)度周(zhōu)期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游(yóu)客的(de)数(shù)量也(yě)符(fú)合(hé)这个周期的(de)规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立(lì)了一个几乎相同的实(shí)验室，这(zhè)里的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在(zài)这里可以得到(dào)相同的(de)信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存(cún)在的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据(jù)了。但是(shì)由于这个(gè)实验(yàn)室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截(jié)至目前还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽(kuān)视场仪器提(tí)供的视野是哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体物理中心的(de)科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如(rú)果暗(àn)物质存在(zài)，它(tā)们(men)极(jí)有可能拥有另一种神(shén)秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的(de)诞生(shēng)，或者说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物(wù)质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个(gè)角落(luò)的行星上(shàng)，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造生(shēng)命。当然，这(zhè)些推论的(de)大(dà)前(qián)提是要先找到(dào)暗物质存在的(de)实际证据(jù)。那么(me)小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新(xīn)的动(dòng)力(lì)！

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