宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗物(wù)质存在的证据，科学家们在(zài)过(guò)去的(de)几(jǐ)十年当(dāng)中进行了(le)超过50次的长期实验，但是却(què)没(méi)有发现任何的有效证(zhèng)据(jù)。除(chú)了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学(xué)原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们(men)发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他(tā)们就(jiù)会知道，周围(wéi)一定有未知(zhī)的天体通过引(yǐn)力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运(yùn)行(xíng)轨道的异(yì)常，推算并(bìng)且发现了海王(wáng)星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用(yòng)万有引力定(dìng)律所取得重大天文成就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们(men)上升(shēng)到星系或者是星团的尺度(dù)，事(shì)情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基(jī)正在(zài)研究和测(cè)量后发星系团的(de)质量。这是(shì)一个(gè)由数千个星系(xì)所组成的(de)巨大(dà)星(xīng)系团(tuán)，这些星系被引力(lì)束缚(fù)在一起。测量星(xīng)系团的质量(liàng)一般会(huì)使用到两种方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以(yǐ)确定其质(zhì)量的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得(dé)其"光度学(xué)的质量(liàng)"，需要的数据(jù)是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是(shì)动(dòng)力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系(xì)团中的(de)各个(gè)星系相对于星系团的运动(dòng)速度(dù)。当测(cè)量结果出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量(liàng)”的(de)400倍(bèi)。这意(yì)味(wèi)着，后发座星系(xì)团有99%的(de)质量(liàng)消(xiāo)失了，或者说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以(yǐ)可见光的形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度(dù)的过程中，兹威(wēi)基发(fā)现(xiàn)星系团中很多(duō)星系(xì)的速度比(bǐ)理(lǐ)论(lùn)上(shàng)要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是(shì)无法将(jiāng)它们(men)束(shù)缚在星系团内的，它(tā)们早(zǎo)就应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的(de)暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的(de)质量(liàng)。只是当时的人们对(duì)这样(yàng)的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心(xīn)越远的(de)恒星(xīng)在(zài)其(qí)轨(guǐ)道上的(de)运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但是他们观测的结(jié)果却(què)让人(rén)感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如(rú)果(guǒ)没有足够(gòu)大的(de)质量来吸(xī)引它们(men)，这些外围(wéi)的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象(xiàng)，科学家(jiā)们(men)会使用一(yī)种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法就是测(cè)量(liàng)星系当中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星(xīng)系(xì)中心(xīn)的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴(zhóu)上气(qì)体(tǐ)的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗(àn)物(wù)质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过射(shè)电望(wàng)远镜(jìng)测(cè)量了距离星系中(zhōng)心更远距离的(de)氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿(dùn)的(de)力学定(dìng)律。我(wǒ)们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位(wèi)于银河系的(de)第(dì)三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有引(yǐn)力(lì)定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕银(yín)河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速(sù)度远远大于理论速度(dù)，那么产生以上(shàng)这种向心加速(sù)度的原因很可(kě)能(néng)就是存(cún)在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质(zhì)的引力(lì)效应将(jiāng)星系(xì)聚(jù)集(jí)在了(le)一(yī)起。

也是从这(zhè)时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在(zài)星系(xì)当中暗物(wù)质的质量(liàng)占整(zhěng)个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个现象的(de)原因。在一项新的研究当(dāng)中(zhōng)，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河(hé)系(xì)不多，但(dàn)是星系(xì)当(dāng)中存在的(de)恒星数量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论(lùn)上(shàng)，该星系(xì)必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的详细(xì)测量(liàng)之后，发(fā)现星系中的(de)恒(héng)星(xīng)运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么(me)又有人提出，也许该(gāi)星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪(guài)的是，它的(de)附(fù)近没有任何星系存在。造成这(zhè)些现象的除(chú)了暗(àn)物质的(de)假说之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全(quán)面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中的(de)工作方式是(shì)不(bù)同的(de)，这意味着在行星系(xì)尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是(shì)上(shàng)升到星系(xì)和星团的尺度，引力(lì)之间(jiān)的相互(hù)作用则是不同的方式(shì)。对于(yú)在(zài)星(xīng)系(xì)团(tuán)之间的相互作用，科学(xué)家还(hái)引入了外部场效应的概(gài)念，指的是在(zài)数百万光年的规(guī)模上，巨大的质量之间会(huì)产(chǎn)生对彼此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)我们(men)需(xū)要对现在的物理定(dìng)律进行修正，这些发现也让很多人(rén)认为暗(àn)物质(zhì)假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还(hái)有(yǒu)关于暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的其他的(de)理(lǐ)论证(zhèng)据，这些(xiē)理论证(zhèng)据(jù)是(shì)蒙德理论所没法解释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似(shì)这(zhè)样的(de)星团，它们大(dà)部分(fēn)的普(pǔ)通质量(liàng)都在星(xīng)系的气(qì)体当(dāng)中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星(xīn谋女郎都有谁 谋女郎是褒义还是贬义g)际气(qì)体的相互作用就会导致(zhì)温度(dù)的急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气(qì)体(tǐ)所在的中间区域(yù)。那么(me)我们(men)通(tōng)过什么(me)来(lái)验证它的质量区域到底是不是集(jí)中在中间呢(ne)？前(qián)不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯(bó)太空(kōng)望远镜(jìng)传回了(le)宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地看到(dào)很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的(de)被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问(wèn)题，而(ér)是这样极遥(yáo)远的天体和我们(men)地球上的观测者之(zhī)间。被一个质量(liàng)谋女郎都有谁 谋女郎是褒义还是贬义超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超(chāo)大质量的(de)东(dōng)西的引力，会(huì)使(shǐ)身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个(gè)巨大(dà)的(de)天(tiān)体(tǐ)可能是超大(dà)质量的(de)黑洞(dòng)或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量(liàng)区(qū)域并不是(shì)在中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最(zuì)好的解释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通过(guò)了(le)这(zhè)个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来(lái)自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性(xìng)的(de)微波辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色(sè)则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们(men)之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离后的(de)二值图(tú)像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射的(de)测量值，我们需要(yào)的暗物(wù)质大约(yuē)是普通物质的(de)5倍。这个(gè)数字与解(jiě)释星系当中恒星(xīng)运动(dòng)所需要(yào)的暗物质(zhì)比例是(shì)一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了一(yī)个简单的(de)理论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多(duō)不同的观(guān)测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在(zài)着某种类型的粒子(zi)，它们不参(cān)与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引力(lì)来(lái)相互作用。所以如(rú)果能够找(zhǎo)到(dào)这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就相当于找到了(le)暗物(wù)质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什(shén)么？科学家们(men)已经(jīng)提出了数(shù)十种(zhǒng)的假(jiǎ)想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻(xún)找这些不同的目(mù)标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常(cháng)规物质相互作用的“暗(àn)物(wù)质(zhì)”，科学(xué)家们已经进(jìn)行了超过50次(cì)的实验，却没有任(rèn)何实质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一个地方，意(yì)大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着地(dì)球上最大(dà)的地(dì)学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学家声称观测(cè)到了(le)某(mǒu)种信号(hào)。经过了20多(duō)年的(de)数(shù)据收(shōu)集(jí)，人们(men)发现了一个(gè)有趣(qù)的事情(qíng)。探(tàn)测率(lǜ)会在每年的(de)6月份达到峰值，然(rán)后在(zài)11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样(yàng)。一些科学(xué)家认(rèn)为这可能是人类发(fā)现暗物质的第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年(nián)度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银河(hé)系进行移(yí)动，那么(me)如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意(yì)味(wèi)着我(wǒ)们也在(zài)以这样的速度在穿(chuān)越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过(guò)程中会(huì)产生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转。所以有半年的(de)时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕(rào)银河(hé)系(xì)的(de)方向是一致的，而另外(wài)半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好(hǎo)达到(dào)完(wán)全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实(shí)际的情况中，太阳系相对(duì)银河(hé)系的(de)平面(miàn)呈现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不(bù)影响这个理论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为这可以用来(lái)解释(shì)，研究人(rén)员们(men)所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这种年度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合(hé)这个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南半(bàn)球建立了一个几乎(hū)相同(tóng)的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过(guò)暗物质(zhì)流的运(yùn)动(dòng)特征和第一个实(shí)验(yàn)室(shì)是(shì)一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这(zhè)里可(kě)以得到(dào)相同的信(xìn)号，就可(kě)以成为暗物质所(suǒ)存在(zài)的非常有力的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽(kuān)视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外(wài)仪器的(de)100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中(zhōng)一个关键的(de)用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥(ào)秘，对(duì)于探(tàn)测(cè)的(de)结(jié)果(guǒ)，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神(shén)秘的(de)效应，这种暗物(wù)质效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞(dàn)生(shēng)，或者说是生命(mìng)进化的一个重要(yào)因素(sù)。

如果这一(yī)理论得到(dào)进(jìn)一(yī)步的证实，那么(me)遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的暗物质会(huì)不会意(yì)味(wèi)着(zhe)人类并不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落(luò)的行星上，暗(àn)物质正在(zài)通过(guò)这样的效应创造(zào)生(shēng)命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存(cún)在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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