宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存(cún)在科学无法解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物(wù)质(zhì)又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期(qī)实验(yàn)，但是却没有发现(xiàn)任何的有效(xiào)证据。除了一(yī)个地(dì)方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然(rán)哲(zhé)学数(shù)学(xué)原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规(guī)律。往后的(de)几百年来(lái)，当天文学家们发(fā)现(xiàn)某些天体运行轨(guǐ)道出现异(yì)常，不(bù)符(fú)合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一(yī)定有未知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在(zài)1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的(de)存(cún)在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万(wàn)有引力定律所取得(dé)重大天(tiān)文成就的例子。但(dàn)是(shì)这(zhè)可惜天空不作美的意思，天空不作美的意思下一句些发(fā)现都是在(zài)恒(héng)星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系或(huò)者(zhě)是星团的尺(chǐ)度，可惜天空不作美的意思，天空不作美的意思下一句事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理(lǐ)学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正在(zài)研(yán)究(jiū)和测(cè)量后发星系团的(de)质(zhì)量。这是一个(gè)由(yóu)数千个(gè)星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质(zhì)量(liàng)一般会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方法结果一致(zhì)，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测(cè)量各个星(xīng)系(xì)的光(guāng)度(dù)。

第二(èr)种是动力学质量的(de)计算，是利用光谱(pǔ)红移(yí)测(cè)量星系(xì)团中的各个星系相对(duì)于(yú)星系团的运(yùn)动速度。当(dāng)测(cè)量结果出来(lái)之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并(bìng)不(bù)以(yǐ)可见光的(de)形(xíng)式(shì)所(suǒ)存在，我(wǒ)们(men)无法看到(dào)。最诡(guǐ)异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的速(sù)度比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅(jǐn)靠这(zhè)些可(kě)见星系的(de)质量(liàng)所产(chǎn)生的(de)引力(lì)是(shì)无法(fǎ)将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力(lì)量在起作用，这(zhè)种力量(liàng)来(lái)源于(yú)某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据(jù)此，兹(zī)维基提出(chū)了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对(duì)这样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出(chū)现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行(xíng)速度就会(huì)越慢。但是(shì)他们观(guān)测的(de)结果却(què)让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星系当中如(rú)果没有足够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科(kē)学家(jiā)们(men)会使(shǐ)用一(yī)种相(xiāng)对标(biāo)准的方法来解释暗物质的(de)存(cún)在，这种方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上(shàng)距(jù)离(lí)星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的(de)结果(guǒ)，就(jiù)认为是(shì)由暗(àn)物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了(le)距离(lí)星系中心更(gèng)远距离的(de)氢元(yuán)素(sù)，发现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太(tài)阳系位(wèi)于(yú)银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引力定律进行计(jì)算(suàn)，太阳系的运行速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕银河系旋转，这个(gè)实际(jì)速度远远大于理论速度，那么产生(shēng)以(yǐ)上这种向心加速度(dù)的原因很可能就是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗(àn)物质的引(yǐn)力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人(rén)员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外(wài)恒星轨(guǐ)道的(de)速度(dù)，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学(xué)家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引力效应的遥远恒(héng)星(xīng)之(zhī)间，也会出现速度(dù)上的微(wēi)小差异(yì)。另(lìng)外，天文学家还发现(xiàn)了一(yī)个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有银河(hé)系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析(xī)。但是科学家们使(shǐ)用最先进(jìn)的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的(de)详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力(lì)学定律来(lái)解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的(de)另一个(gè)大星系剥离了(le)。奇(qí)怪的(de)是(shì)，它的附近没有任何星系存在(zài)。造(zào)成(chéng)这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就(jiù)是(shì)人类对引力的理解还(hái)不够全面，引力很可(kě)能(néng)在不(bù)同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在(zài)行星系(xì)尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的(de)方式运(yùn)动。但(dàn)是上(shàng)升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的(de)相互作用(yòng)则(zé)是(shì)不同的方式。对(duì)于(yú)在(zài)星系团之间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效(xiào)应的概念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味(wèi)着我(wǒ)们(men)需要(yào)对现在的(de)物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让很多(duō)人认为暗物质假说理论就此终结。但是(shì)在(zài)宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于暗物(wù)质存(cún)在的其他(tā)的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论(lùn)所没法解(jiě)释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光年的(de)子弹星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似(shì)这样的星团，它(tā)们大(dà)部分的普通质量(liàng)都在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体(tǐ)的相互作用(yòng)就会(huì)导致(zhì)温(wēn)度(dù)的急剧升(shēng)高(gāo)，速(sù)度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大(dà)部分的质量(liàng)将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所(suǒ)在的中间区域。那(nà)么(me)我们通过什(shén)么来验证(zhèng)它(tā)的质量区(qū)域到(dào)底是(shì)不是集中(zhōng)在中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在照片中我(wǒ)们(men)可(kě)以明(míng)显地看到很多(duō)星系(xì)似乎被拉(lā)伸产生了(le)巨大的(de)形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什(shén)么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测(cè)者之(zhī)间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质量(liàng)的东西的(de)引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大(dà)质(zhì)量(liàng)的(de)黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团(tuán)观测的时候(hòu)，发(fā)现它(tā)的大质量区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质(zhì)量(liàng)气体被卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直(zhí)接通(tōng)过了(le)这个区域，并在两边形(xíng)成(chéng)了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹(dàn)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(wèi)止最好的(de)理论证据(jù)。

除此之外(wài)，还有来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古老的(de)光(guāng)。从宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下(xià)了(le)各相(xiāng)同性(xìng)的(de)微波辐射。其(qí)中红色的(de)部分(fēn)表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相对较冷的(de)区域，但实(shí)际上它们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后(hòu)的(de)二值图(tú)像进(jìn)行连通域提取(qǔ)和标记之后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起来不应(yīng)该是(shì)这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐(fú)射的(de)测量值，我们需要(yào)的暗(àn)物质(zhì)大约是(shì)普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要(yào)的暗物质比例(lì)是一致的。这(zhè)就意味着。

用了(le)一个简单的理论(lùn)框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观(guān)测(cè)结果。而暗物质(zhì)的(de)本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其他的电(diàn)磁(cí)作用，只通过引力(lì)来相互作用(yòng)。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的(de)存在，就相当于找到了暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子(zi)所需要的实(shí)验方(fāng)式也不相(xiāng)同。在过去的几十年(nián)当(dāng)中，人类(lèi)为(wèi)了寻找这些(xiē)看不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与常规(guī)物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质性的发(fā)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(zài)山下1400米处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当(dāng)中，藏(cáng)着地(dì)球(qiú)上(shàng)最大的地学实验室，这个实(shí)验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层楼高的(de)探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒(lì)子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学(xué)家声称观(guān)测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测率会(huì)在(zài)每年(nián)的6月份达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每(měi)年都是一样(yàng)。一些科(kē)学家认(rèn)为这可能(néng)是人类发现暗(àn)物(wù)质的第(dì)一(yī)个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期(qī)性的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银河(hé)系进行移动，那么(me)如果暗(àn)物质存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生相应的(de)振荡，同时地(dì)球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向(xiàng)是(shì)一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个(gè)理论的有效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认为这(zhè)可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到的周期性(xìng)信号。当(dāng)然也可能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成(chéng)这(zhè)种年度(dù)周期信号的(de)差异(yì)也(yě)可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连(lián)意(yì)大利游客(kè)的(de)数量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了一(yī)个几(jǐ)乎(hū)相同(tóng)的(de)实验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流的运动(dòng)特征和(hé)第(dì)一个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这(zhè)里(lǐ)可以得到(dào)相同(tóng)的信号(hào)，就可以成为暗物(wù)质(zhì)所存在的非常(cháng)有(yǒu)力(lì)的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所(suǒ)以截(jié)至目前(qián)还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台新的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪器提供(gōng)的视野是(shì)哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关键的用途就(jiù)是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实验室(shì)粒子天(tiān)体物(wù)理中心的科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究(jiū)发(fā)现，如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质存在，它(tā)们(men)极(jí)有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者(zhě)说是生(shēng)命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论(lùn)得到(dào)进一步的证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)的暗物(wù)质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢(ne)？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某个角落的(de)行星上(shàng)，暗物质(zhì)正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先(xiān)找到(dào)暗物质存在(zài)的实际证据。那(nà)么(me)小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得暗(àn)物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更新(xīn)的动力(lì)！

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