宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质(zhì)存在(zài)的证据，科学(xué)家们在过去(qù)的几(jǐ)十年当(dāng)中进(jìn)行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的有效证(zhèng)据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表(biǎo)了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发(fā)现某些(xiē)天体运行(xíng)轨道(dào)出现(xiàn)异(yì)常，不符合(hé)万有引力定律的时(shí)候，他们就会(huì)知道，周围一(yī)定有未知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通过天王(wáng)星(xīng)运(yùn)行(xíng)轨道(dào)的异(yì)常，推算(suàn)并且(qiě)发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有(yǒu)引力定(dìng)律所取得重大天(tiān)文成(chéng)就的例子。但是这些(xiē)发现都是(shì)在(zài)恒星系(xì)统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当我们(men)上升(shēng)到星系或者是(shì)星团的(de)尺(chǐ)度，事(shì)情(qíng)就开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量(liàng)后发(fā)星系团的(de)质量。这是一个由数千(qiān)个(gè)星(xīng)系(xì)所组成的巨大(dà)星系(xì)团，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可(kě)以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要(yào)的数据是测量(liàng)各个星(xīng)系(xì)的光度。

第二种是(shì)动力(lì)学(xué)质量(liàng)的计(jì)算，是利用光谱红(hóng)移测量星系(xì)团中的各个星系相对于(yú)星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质(zhì)量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见(jiàn)光的形(xíng)式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量(liàng)速度的(de)过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多(duō)星系(xì)的速(sù)度比(bǐ)理论(lùn)上要(yào)快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产生的(de)引(yǐn)力是无(wú)法将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它(tā)们(men)早就应该被抛出星系团之外了(le)，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出(chū)了这样(yàng)部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是(shì)当时的人们(men)对(duì)这样的一(yī)种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年(nián)之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再一次(cì)出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座(zuò)星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道(dào)上的运行速度就会越(yuè)慢。但是(shì)他们观测的结果却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速(sù)度(dù)几乎保持(chí)不变。可是(shì)根据牛顿(dùn)的(de)万(wàn)有引力定律(lǜ)，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质量(liàng)来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质(zhì)的存(cún)在，这种方法就是(shì)测(cè)量星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出(chū)现异常的(de)结(jié)果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质的力量(liàng)进入(rù)其中。

于是(shì)科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距(jù)离(lí)星系(xì)中心更远距(jù)离的氢元(yuán)素(sù)，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度(dù)并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的(de)第(dì)三悬臂之(zhī)上，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个(gè)实际速度远远大(dà)于理论速度，那么产生(shēng)以上这(zhè)种(zhǒng)向心加速度(dù)的原因很可(kě)能(néng)就是存在着(zhe)一(yī)种我们看不到(dào)的物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信(xìn)暗物(wù)质的存(cún)在。科(kē)学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度(dù)，估(gū)算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个现(xiàn)象的(de)原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究当中，科学(xué)家(jiā)们(men)发现，几(jǐ)乎(hū)没有引(yǐn)力效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星(xīng)数量却只有银(yín)河系的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该(gāi)星系(xì)必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离析。但是科(kē)学家们使用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测(cè)量(liàng)之后，发(fā)现星系中的恒(héng)星运(yùn)动是可以用正(zhèng)常(cháng)的(de)物质和力学(xué)定律来(lái)解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个(gè)大星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的是，它(tā)的附近没(méi)有任何星系存在(zài)。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的(de)假说(shuō)之(zhī)外，另(lìng)一种可能就(jiù)是人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的(de)工作方式是不(bù)同的，这意味着(zhe)在行(xíng)星(xīng)系(xì)尺度(dù)中的(de)天(tiān)体会(huì)沿着(zhe)它(tā)们(men)的轨(guǐ)道，按照我们所理解的(de)方式运动。但是上升到(dào)星(xīng)系和星(xīng)团的(de)尺度，引力之(zhī)间的相互作用(yòng)则(zé)是不同(tóng)的方式(shì)。对于在星(xīng)系(xì)不甚是什么意思解释，不甚了然是什么意思团之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应(yīng)的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对现在的物(wù)理定律进行修正，这些发现也(yě)让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗(àn)物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光年的(de)子弹星(xīng)系(xì)团，由两个(gè)碰撞的(de)星系团所组成，类(lèi)似这样(yàng)的(de)星(xīng)团，它(tā)们大部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当(dāng)中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时发生碰(pèng)撞的时(shí)候，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子(zi)弹星(xīng)系团大部(bù)分的质量将位于(yú)所(suǒ)有这些气(qì)体所在的(de)中间区域。那么我们(men)通过什(shén)么(me)来验证它的质量(liàng)区域到底是不是(shì)集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第一张全(quán)彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照(zhào)片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨(jù)大的形(xíng)变(biàn)。其实这(zhè)些星系本(běn)身并(bìng)不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们地(dì)球上的观测(cè)者之间。被一个质量超级(jí)巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会使身后更遥远星系(xì)的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是(shì)引力(lì)透镜效应。这个巨(jù)大的天体可(kě)能(néng)是(shì)超大(dà)质(zhì)量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对(duì)子弹星系团(tuán)观测(cè)的时候(hòu)，发现它的大质量区域并(bìng)不是在中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是(shì)当星团发生全部(bù)的(de)碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个(gè)区域，并在(zài)两(liǎng)边形成了(le)引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之外，还(hái)有来自(zì)宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的微(wēi)波(bō)辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对(duì)较冷的区域(yù)，但实际(jì)上它们(men)之(zhī)间(jiān)的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过(guò)对(duì)前景背景分离后的二值图像进行连(lián)通域提取和标(biāo)记之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这样的(de)，而随着暗(àn)物(wù)质的(de)增加，一(yī)些峰(fēng)值的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波(bō)背景辐射(shè)的测量值，我们(men)需(xū)要的暗(àn)物(wù)质(zhì)大约是普通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系(xì)当中恒星运动所需(xū)要的暗物(wù)质比例(lì)是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个(gè)简单的(de)理论框架，就很好地解(jiě)释了(le)很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某种类型的粒(lì)子(zi)，它们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相互作用。所(suǒ)以如果能够(gòu)找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗物(wù)质不甚是什么意思解释，不甚了然是什么意思存(cún)在的实际(jì)证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们(men)已经提(tí)出了数十种的假想目(mù)标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要的(de)实验方式(shì)也不相同。在过(guò)去的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的(de)实验，却没有任(rèn)何(hé)实质性的(de)发现，除了一个地方(fāng)，意大(dà)利(lì)的(de)格(gé)兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的(de)地(dì)下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着地球上最(zuì)大的地(dì)学实验(yàn)室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个(gè)三层(céng)楼高(gāo)的探测器(qì)，一(yī)直致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测(cè)到了某种(zhǒng)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(qíng)。探测率会(huì)在每(měi)年的6月份达(dá)到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是(shì)一(yī)样。一(yī)些(xiē)科学(xué)家认为这可(kě)能是人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一(yī)个直接(jiē)证据。

但(dàn)是为什么暗物(wù)质会产(chǎn)生周期性(xìng)的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银(yín)河系进行移动，那么如(rú)果暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味着(zhe)我(wǒ)们(men)也在以这(zhè)样的速度在(zài)穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这个(gè)过程中会产生相应的(de)振荡，同(tóng)时(shí)地球(qiú)又以30公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半(bàn)年的时(shí)间，地球围(wéi)绕太(tài)阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向(xiàng)是一(yī)致(zhì)的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的(de)方向(xiàng)正好(hǎo)达到完全(quán)一致，这是理论上地(dì)球(qiú)穿越暗物质(zhì)流(liú)最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情况中，太(tài)阳系相对银河系的(de)平面呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观(guān)测到(dào)的周(zhōu)期(qī)性(xìng)信号。当(dāng)然(rán)也可能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大(dà)利(lì)游客的数量也符合这个周期的(de)规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同(tóng)的实验(yàn)室(shì)，这(zhè)里的季节与之前的实(shí)验室正(zhèng)好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征和(hé)第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得(dé)到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目(mù)前还无法提(tí)供相应的(de)数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的(de)望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器(qì)提(tí)供的(de)视野是哈(hā)勃(bó)红(hóng)外(wài)仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其(qí)中一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘(mì)，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中心的(de)科(kē)学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究(jiū)发(fā)现，如果暗物质存在，它们(men)极(jí)有可能拥(yōng)有(yǒu)另一种神(shén)秘的效应，这种暗物(wù)质(zhì)效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化(huà)的一(yī)个重要因素(sù)。

如果这一理论得到(dào)进一步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物质会不(bù)会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗物(wù)质正在通(tōng)过这样的效应创造生(shēng)命。当然(rán)，这些推论(lùn)的大(dà)前提是要先找到暗物(wù)质存(cún)在的实际证(zhèng)据(jù)。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物(wù)质到底存(cún)不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支持(chí)是(shì)我更新的(de)动力！

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