宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什(shén)么？人类为(wèi)了寻找暗物质存(cún)在的证据，科(kē)学家们在过去的几十(shí)年当中进行了超(chāo)过(guò)50次的长期实验，但(dàn)是却没(méi)有发(fā)现任何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年(nián)出(chū)版的自(zì)然哲学数学(xué)原理一书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙(zhòu)中天(tiān)体(tǐ)运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们发现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨道(dào)出现异常，不符合(hé)万有引力定律的时(shí)候，他们(men)就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星(xīng)运(yùn)行轨道的(de)异(yì)常，推算并且发现了海(hǎi)王星(xīng)的存在。另(lìng)外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发现都(dōu)是应用万有引力定律所取得重大(dà)天文(wén)成就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒星系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹(zī)威基正在研究(jiū)和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一(yī)个由(yóu)数千(qiān)个星系所组成的(de)巨大(dà)星系团，这些(xiē)星(xīng)系被引力束(shù)缚在(zài)一起。测(cè)量星(xīng)系团的(de)质量一般会(huì)使用(yòng)到(dào)两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可(kě)以确定(dìng)其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据(jù)是测量(liàng)各个星系的光度(dù)。

第二种是动(dòng)力(lì)学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各(gè)个(gè)星(xīng)系相(xiāng)对于星系(xì)团的运动(dòng)速度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失(shī)了(le)，或者说这99%的(de)质量并(bìng)不以可见(jiàn)光(guāng)的形式所存在，我们无法看(kàn)到(dào)。最诡(guǐ)异迪奥丝绒和哑光有什么区别，迪奥丝绒和哑光哪种好看的是，在(zài)测量速度的(de)过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生的(de)引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早(zǎo)就应该被(bèi)抛(pāo)出星(xīng)系团之(zhī)外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提(tí)出了这(zhè)样部分不可见的(de)暗质，它不(bù)发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的(de)人们对(duì)这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论(lùn)上(shàng)来(lái)说，距离中(zhōng)心(xīn)越远的恒星在(zài)其轨道(dào)上的运行速度(dù)就(jiù)会(huì)越慢。但是(shì)他们(men)观(guān)测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是(shì)根据牛(niú)顿(dùn)的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星系当中如(rú)果没有足够(gòu)大(dà)的质(zhì)量来(lái)吸引它们，这些外围的(de)恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学(xué)家们会使用一种相对标(biāo)准(zhǔn)的(de)方法来解(jiě)释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的(de)距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于(yú)是(shì)科学(xué)家们(men)通(tōng)过射电(diàn)望(wàng)远镜测量了距离星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它们(men)的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离银河(hé)系中心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的(de)运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕银(yín)河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远(yuǎn)大(dà)于(yú)理论速度，那么产生以上这种向心加速度的(de)原因很可能就(jiù)是存在着一种我们看(kàn)不到的(de)物质，是这(zhè)些(xiē)暗(àn)物(wù)质的引力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究人员开(kāi)始相(xiāng)信(xìn)暗物质的(de)存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的(de)85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外(wài)，天文学家(jiā)还发现了一个(gè)反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却只有银河系(xì)的千(qiān)分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是(shì)科学(xué)家们使用最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的(de)详(xiáng)细测(cè)量之后，发现星系中(zhōng)的(de)恒星(xīng)运动是可以用正常(cháng)的物质和力学(xué)定(dìng)律来(lái)解释的。那么又有(yǒu)人提出(chū)，也许该星系的(de)暗物质(zhì)，已经被附(fù)近的另一(yī)个(gè)大星系剥(bō)离了。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近没有任(rèn)何星(xīng)系存(cún)在。造(zào)成(chéng)这(zhè)些(xiē)现象的除了暗物质的(de)假说(shuō)之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是(shì)人类对(duì)引力的理(lǐ)解(jiě)还不(bù)够(gòu)全(quán)面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是(shì)不同(tóng)的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿(yán)着它(tā)们的(de)轨道，按(àn)照我们(men)所理解(jiě)的方(fāng)式(shì)运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相互(hù)作用则是不(bù)同(tóng)的方式。对(duì)于(yú)在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入(rù)了(le)外部(bù)场(chǎng)效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的(de)是在数百万光年的规模(mó)上，巨(jù)大的质量之间(jiān)会产生对彼此特(tè)殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需要对现在(zài)的(de)物(wù)理定律进行(xíng)修(xiū)正，这些发(fā)现也让很多人(rén)认为暗(àn)物质假说理论(lùn)就此(cǐ)终结(jié)。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还有关于(yú)暗物质(zhì)存在的其他(tā)的(de)理论证据，这些理论(lùn)证据(jù)是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系(xì)团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系(xì)团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的(de)气(qì)体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就(jiù)会导致温度(dù)的(de)急剧升高，速度(dù)大(dà)幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质(zhì)量(liàng)将位于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在(zài)的(de)中(zhōng)间区域。那么我们通(tōng)过什(shén)么来(lái)验证(zhèng)它的质量区(qū)域到底是不是集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回(huí)了宇(yǔ)宙当中第(dì)一张全彩的高清照片(piàn)，在(zài)照(zhào)片中我们可(kě)以明(míng)显地看到很(hěn)多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大(dà)的形变。其实(shí)这些(xiē)星系本身并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出(chū)了(le)什么问题，而(ér)是这样极(jí)遥远的天体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一(yī)个质量超(chāo)级(jí)巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的(de)光都(dōu)发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可(kě)能是超(chāo)大(dà)质量的(de)黑洞(dòng)或者是暗(àn)物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发(fā)现它的大质量区域并(bìng)不(bù)是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就(jiù)是当(dāng)星团发生全(quán)部(bù)的碰撞时，可被观测到的(de)质(zhì)量气体被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物(wù)质(zhì)则直接(jiē)通过了(le)这个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星(xīng)系(xì)团的引(yǐn)力透镜研究(jiū)也(yě)被认为是暗(àn)物质存在(zài)的迄今为止最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了(le)。经过了(le)130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色(sè)的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则(zé)表示(shì)相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间的温差(chà)只有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域提(tí)取和标记(jì)之后发(fā)现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中没有暗(àn)物质，图形(xíng)看起来不(bù)应该是(shì)这样的，而随着暗(àn)物质的(de)增加(jiā)，一些峰值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这(zhè)个数字(zì)与解释星系(xì)当中恒星运(yùn)动所需要的暗物(wù)质比例是(shì)一(yī)致的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单的理(lǐ)论(lùn)框架，就很好(hǎo)地解释了很(hěn)多不同的(de)观测结果。而暗(àn)物质的(de)本质就是(shì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗(àn)物(wù)质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次(cì)的实验，却没有任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除(chú)了一(yī)个(gè)地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的(de)地(dì)学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个(gè)三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观(guān)测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了(le)一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当中(zhōng)每年(nián)都(dōu)是一样(yàng)。一些科(kē)学家(jiā)认为这(zhè)可能是人类发现暗物质的第一(yī)个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周(zhōu)期性的年度(dù)信号(hào)呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕着(zhe)银(yín)河(hé)系(xì)进行移(yí)动，那么如果暗物质(zhì)存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们也(yě)在(zài)以(yǐ)这(zhè)样的速度在穿越着暗(àn)物(wù)质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同时地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年(nián)的时间，地球围(wéi)绕太阳的(de)方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河系的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而(ér)在(zài)6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越(yuè)暗物质流(liú)最(zuì)快(kuài)的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对(duì)银河系的(de)平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研(yán)究(jiū)人员们(men)所观测到的周期性(xìng)信号(hào)。当然(rán)也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期(qī)信号(hào)的差(chà)异也(yě)可能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数(shù)量也符(fú)合(hé)这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在(zài)南半球建(jiàn)立(lì)了一个几乎(hū)相同的实验(yàn)室，这(zhè)里的季节与之前(qián)的实验(yàn)室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动(dòng)特征和(hé)第一个实验室是(shì)一样的(de)。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得到(dào)相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物(wù)质(zhì)所存在的(de)非常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但是(shì)由(yóu)于这个实验(yàn)室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相(xiāng)应的数(shù)据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)其中(zhōng)一个(gè)关键的(de)用途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭(shì)目(mù)以待(dài)了(le)。费米(mǐ)实(shí)验室粒子天体(tǐ)物(wù)理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙(z迪奥丝绒和哑光有什么区别，迪奥丝绒和哑光哪种好看hòu)当中生命的诞(dàn)生，或者说是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得(dé)到进一(yī)步(bù)的(de)证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的(de)效应创造生命。当然(rán)，这些推(tuī)论(lùn)的大(dà)前提是要(yào)先找到暗物质存在的(de)实(shí)际证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得暗物(wù)质到底存不(bù)存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的支(zhī)持(chí)是(shì)我(wǒ)更新(xīn)的(de)动力！

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