宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在(zài)科学无法(fǎ)解释的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在的证(zhèng)据，科学家们在(zài)过去的几(jǐ)十(shí)年当中进行了超过(guò)50次的长期(qī)实验，但(dàn)是(shì)却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的(de)自(zì)然哲学数学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿发(fā)表了(le)万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动的(de)规(guī)律。往后的(de)几(jǐ)百(bǎi)年(nián)来，当天文学(xué)家们(men)发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常(cháng)，不(bù)符合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的时候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周围一(yī)定有(yǒu)未知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是应(yīng)用(yòng)万有引力定律所取得重大天文(wén)成就的例(lì)子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可(kě)当我们上升到(dào)星系或者是星(xīng)团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星(xīng)系团的质量(liàng)。这(zhè)是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用到两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数(shù)据是测(cè)量(liàng)各个星系(xì)的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质(zhì)量的计算，是利用光(guāng)谱红移(yí)测量(liàng)星系团中的各个星(xīng)系相对于星系(xì)团的运动速度(dù)。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星(xīng)系团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了(le)，或者说这99%的(de)质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无(wú)法看(kàn)到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速(sù)度(dù)的(de)过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系(xì)的速(sù)度比理论上要快得(dé)多(duō)，按照牛(niú)顿的运(yùn)动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星系的质量所产生的(de)引力是无法将它们束缚在星系团内的(de)，它们早就(jiù)应(yīng)该(gāi)被(bèi)抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的(de)力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提(tí)出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的人(rén)们对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在(zài)观(guān)测仙(xiān)女座星(xīng)系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在(zài)其轨道(dào)上的(de)运行速度(dù)就会越(yuè)慢(màn)。但是他们(men)观(guān)测的(de)结果却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛(niú)顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果(guǒ)没有足(zú)够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的(de)方法(fǎ)来解释(shì)暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心(xīn)的(de)距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们(men)通过射电望(wàng)远镜测量(liàng)了距(jù)离星系(xì)中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符(fú)合牛(niú)顿的力(lì)学定律。我(wǒ)们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系(xì)中(zhōng)心(xīn)2.6万光(guāng)年(nián)，根据(jù)万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的(de)运行速度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于(yú)理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速度(dù)的原因很(hěn)可能(néng)就是存在着(zhe)一种我(wǒ)们看不到的(de)物质(zhì)，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也(yě)是从(cóng)这时开始(shǐ)，越(yuè)来(lái)越多的研(yán)究人员(yuán)开始相信暗物(wù)质(zhì)的存在。科学(xué)家根据星系外(wài)恒星轨道的速度(dù)，估算在星系(xì)当中暗(àn)物(wù)质的质量占整个(gè)星(xīng)系质量的(de)85%。但(dàn)是(shì)，暗(àn)物质(zhì)并不是(shì)唯一可(kě)以解释(shì)这个(gè)现象(xiàng)的(de)原因(yīn)。在一(yī)项新的研究当中，科学(xué)家们(men)发现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应(yīng)的遥远恒星之间(jiān)，也会(huì)出现速度上的微小差异(yì)。另外(wài)，天文(wén)学家还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系(xì)当中存(cún)在的恒星数量(liàng)却只有银河系的(de)千分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最(zuì)先进的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行了40个(gè)小时的详细测量(liàng)之后，发(fā)现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力(lì)学定(dìng)律来(lái)解释的。那么(me)又有人提出，也(yě)许该(gāi)星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任(rèn)何星系存在。造(zào)成这些(xiē)现象的(de)除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引力(lì)的理解还不够全面(miàn)，引力(lì)很可能在不(bù)同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同的(de)，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理(lǐ)解的方式(shì)运动。但是(shì)上升到星系和星(xīng)团的(de)尺度，引(yǐn)力(lì)之(zhī)间的相互作用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之间的相互作用(yòng)，科学家(jiā)还引入了外部场效(xiào)应的(de)概念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这意味(wèi)着(zhe)我(wǒ)们需要对现在的物理定律进行修正，这些发(fā)现也让很(hěn)多人认为暗物(wù)质假说理论就此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他的(de)理(lǐ)论证据，这些理论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论(lùn)所没法解释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团(tuán)所(suǒ)组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星团，它们(men)大部分的普通质量都在星(xīng)系的气体当(dāng)中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相(xiāng)互作(zuò)用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团(tuán)大(dà)部分的(de)质量将位于所有这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到(dào)底(dǐ)是(shì)不(bù)是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高(gāo)清(qīng)照(zhào)片，在照片中我们(men)可以明显地看到(dào)很多星系似(shì)乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实(shí)这(zhè)些星系本(běn)身并(bìng)不(bù)是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了(le)什么问题，而是(shì)这样极遥远的天(tiān)体和我们(men)地球上的(de)观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的(de)天体遮挡，这个(gè)超大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个(gè)巨(jù)大的(de)天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系(xì)团(tuán)观(guān)测(cè)的(de)时(shí)候(hòu)，发现它的大质量区域并不是(shì)在中间，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解(jiě)释方法就是当星团发(fā)生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的质量(liàng)气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的(de)引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好(hǎo)的(de)理论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光终于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性的(de)微波辐射。其中红色的(de)部分(fēn)表示温度较高(gāo)的(de)区域，蓝(lán)色(sè)则表示相对较冷的(de)区域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万(wàn)分(fēn)之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通域提取和标记(jì)之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图(tú)形看起来不(bù)应该(gāi)是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐射的(de)测(cè)量值，我们需要的暗物质(zhì)大(dà)约是普通物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字(zì)与(yǔ)解释星系当(dāng)中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单(dān)的理(lǐ)论框架，就很好地(dì)解(jiě)释(shì)了(le)很(hěn)多不同的(de)观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质的(de)本质就是宇宙当中存(cún)在(zài)着某种类型的粒(lì)子，它们不参与(yǔ)任何(hé)其(qí)他的电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就(jiù)相(xiāng)当(dāng)于找到了暗物质存在的实(shí)际(jì)证据。这种粒子(zi)到底是什(shén)么？科(kē)学家们已经提出了(le)数十(shí)种(zhǒng)的假(jiǎ)想目(mù)标，而要(yào)寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要(yào)的实验方式也(yě)不(bù)相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为(wèi)了(le)寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了(le)超过50次的实验，却没有任何实(shí)质(zhì)性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个(gè)实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的(de)科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经(jīng)过(guò)了20多年的(de)数(shù)据收(shōu)集，人们发(fā)现了一个有(yǒu)趣的(de)事情。探(tàn)测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年(nián)都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能(néng)是人类发(fā)现暗(àn)物(wù)质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的(de)年(nián)度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移(yí)动，那(nà)么(me)如果(guǒ)暗(àn)物质存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着我们(men)也在以这样的速度(dù)在穿越着(zhe)暗(àn)物质流(liú)，这个过程中会(huì)产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的(de)速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕(rào)太阳的(de)方(fāng)向与太阳(yáng)环绕(rào)银河系的方向是一致(zhì)的，而(ér)另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这(zhè)是理(lǐ)论(lùn)上地(dì)球(qiú)穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达(dá)到(dào)了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际的情(qíng)况(kuàng)中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河(hé)系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这(zhè)个理论(lùn)的(de)有效性。

因此科(kē)学家认为这(zhè)可以用(yòng)来解释，研究人员们(men)所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意(yì)大利游客的数量(liàng)也符合这个周(zhōu)期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又在南半(bàn)球建立(lì)了一个(gè)几乎相同的(de)实验室，这里的季节与(yǔ)之(zhī)前的实验室正好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地(dì)球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的运(yùn)动特征和第(dì)一个(gè)实验室(shì)是(shì)一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里可以(yǐ)得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗(àn)物质所存在的非常有力的证据(jù)了。但是(shì)由(yóu)于(yú)这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的数据支持(chí)。另(lìng)外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜(jìng)，这台(tái)太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场仪器提(tí)供的视野(yě)是(shì)哈勃(bó)红外(wài)仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个(gè)关键(jiàn)的用途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以待了。费米实验室(shì)粒(lì)子天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特(tè)芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们极有竹荪煮多久可(kě)能(néng)拥(yōng)有另一种神秘(mì)的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化(huà)的一个重要因素。

如(rú)果这(zhè)一理论(lùn)得到进一(yī)步(bù)的证实(shí)，那(nà)么遍布竹荪煮多久宇宙当(dāng)中的暗物(wù)质(zhì)会(huì)不会意(yì)味着人类并不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当中(zhōng)某个角落的(de)行(xíng)星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在通过这(zhè)样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的(de)实(shí)际(jì)证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到(dào)底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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