宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟(jìng)是什么？人类为(wèi)了寻找暗物(wù)质存在的证据(jù)，科学家们在(zài)过去的(de)几十年当中(zhōng)进行了(le)超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据。除(chú)了(le)一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃(āi)萨(sà)克(kè)牛顿发(fā)表了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定(dìng)律(lǜ)的(de)时(shí)候，他们就(jiù)会知道(dào)，周围一(yī)定有未知(zhī)的(de)天(tiān)体通过(guò)引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的(de)异(yì)常，推算并且发(fā)现了海王星(xīng)的存在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都(dōu)是在(zài)恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究和测量后发星系团(tuán)的质量。这是(shì)一个由数千(qiān)个(gè)星系所(suǒ)组成的巨大星系(xì)团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一(yī)般会使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其(qí)质量(liàng)的(de)范围。

第一(yī)种是获(huò)得(dé)其"光度学的质量"，需要(yào)的(de)数(shù)据是测量各个星系的(de)光(guāng)度。

第二(èr)种是动力学(xué)质量的计(jì)算，是利用光(guāng)谱红移(yí)测量星系团中的(de)各个(gè)星系相对于星系(xì)团的运(yùn)动速度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星(xīng)系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消(xiāo)失了(le)，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中(zhōng)很(hěn)多星(xīng)系的速度(dù)比理论上(shàng)要(yào)快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见星(xīng)系的质量所产生(shēng)的引力是无(wú)法将它(tā)们束缚在星系团内的，它(tā)们早(zǎo)就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作用，这种力(lì)量来源(yuán)于(yú)某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了这样(yàng)部分不(bù)可见的(de)暗质，它(tā)不(bù)发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人(rén)们对这(zhè)样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系(xì)当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于(yú)这(zhè)种现象，科学家(jiā)们会使用一(yī)种相对标准的(de)方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量(liàng)星系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系(xì)中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科(kē)学家们(men)通过(guò)射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距离星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符(fú)合(hé)牛(niú)顿的(de)力学定律。我(wǒ)们(men)的太阳系(xì)也不(bù)例外，太阳(yáng)系位于银河(hé)系的(de)第三悬(xuán)臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度(dù)的原因很(hěn)可能就是存(cún)在着(zhe)一(yī)种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗(àn)物质的引(yǐn)力效应将(jiāng)星系聚(jù)集在了(le)一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量(liàng)占整(zhěng)个(gè)星系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以解(jiě)释这个现象的(de)原因。在一项新的研(yán)究(jiū)当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也(yě)会(huì)出现速度上的微小差(chà)异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不(bù)多，但是星系(xì)当中(zhōng)存(cún)在的恒星数(shù)量却(què)只有银河系的(de)千分(fēn)之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上(shàng)，该(gāi)星系必须(xū)存在暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离(lí)析(xī)。但是科学(xué)家(jiā)们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行(xíng)了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测(cè)量(liàng)之(zhī)后(hòu)，发(fā)现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是可(kě)以用正常的物质和力学定律来解释的。那(nà)么又有人提出(chū)，也(yě)许该(gāi)星系的(de)暗(àn)物质，已经被附(fù)近的(de)另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星(xīng)系存(cún)在(zài)。造成这些现象的除了暗物(wù)质(zhì)的假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是(shì)人类对(duì)引力的(de)理解还不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的(de)工作方式是不同的，这(zhè)意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会(huì)沿(yán)着它们的(de)轨道，按照我(wǒ)们所理解的(de)方式运动。但是上升(shēng)到(dào)星系和(hé)星(xīng)团的尺度(dù)，引(yǐn)力(lì)之间的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用则是不同的方式。对于在(zài)星系(xì)团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的(de)概念，指的是(shì)在(zài)数百万光年(nián)的规(guī)模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此(cǐ)特(tè)殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着(zhe)我们需要(yào)对现在的(de)物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让(ràng)很多人(rén)认为暗物(wù)质假说理论(lùn)就此终结。但是在(zài)宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在的其他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距(jù)离(lí)为(wèi)37亿光(guāng)年(nián)的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类(lèi)似这样的星团，它们(men)大部分的普通(tōng)质量都(dōu)在星(xīng)系的(de)气(qì)体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互(hù)作用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的(de)质量区(qū)域到底(dǐ)是不是(shì)集中在(zài)中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空望远镜(jìng)传回(huí)了宇(yǔ)宙当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照片中我们可以明(míng)显(xiǎn)地看到(dào)很多(duō)星系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨大的形(xíng)变。其实(shí)这些星(xīng)系(xì)本(běn)身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和(hé)我(wǒ)们地球(qiú)上的(de)观(guān)测者之间。被一个(gè)质量(liàng)超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发(fā)生了扭曲(qū)。这个现象就是(shì)引力透镜效应(yīng)。这个巨大的(de)天体可(kě)能是超大质(zhì)量的(de)黑洞(dòng)或(huò)者是暗物(wù)质(zhì)。

所以当人(rén)们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发(fā)现它(tā)的(de)大质量区域并不(bù)是在(zài)中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解(jiě)释方法就是(shì)当星团发生(shēng)全部的(de)碰撞时，可被观测(cè)到的质量(liàng)气体被卡在(zài)了中(zhōng)间(jiān)，暗(àn)物质则(zé)直(zhí)接通过了这个区域，并在两边(biān)形(xíng)成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹星系团的引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止(zhǐ)最(zuì)好的理(lǐ)论证据(jù)。

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除(chú)此之外(wài)，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的光(guāng)。从(cóng)宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空(kōng)间(jiān)背景上留下了各(gè)相(xiāng)同性(xìng)的微波(bō)辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际(jì)上(shàng)它们之(zhī)间(jiān)的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离(lí)后的二值图像进行(xíng)连通(tōng)域提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不(bù)应该(gāi)是这样的，而随着暗(àn)物质的(de)增加，一些峰(fēng)值的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背景辐射的测(cè)量值(zhí)，我们需要的暗物质大(dà)约是(shì)普通物(wù)质的(de)5倍。这个(gè)数字与解释星(xīng)系当中(zhōng)恒(héng)星(xīng)运(yùn)动(dòng)所(suǒ)需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好地解(jiě)释了很多(duō)不同(tóng)的(de)观测结(jié)果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当(dāng)中存(cún)在着某种类型的(de)粒子，它们不参(cān)与任何其(qí)他的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存(cún)在的(de)实(shí)际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么(me)？科学(xué)家(jiā)们已经提(tí)出了数(shù)十(shí)种(zhǒng)的假想目标，而(ér)要寻找这些不(bù)同的(de)目标粒子所需要的(de)实(shí)验(yàn)方式也不(bù)相同。在过去的几(jǐ)十年(nián)当中(zhōng)，人类(lèi)为了(le)寻找这些看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用(yòng)的(de)“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了(le)超过(guò)50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上(shàng)最(zuì)大(dà)的地学(xué)实验室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的(de)探测(cè)器，一直(zhí)致力于寻找暗(àn)物质粒(lì)子(zi)的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科(kē)学家声称观测到了(le)某种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一(yī)样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第(dì)一个直接证据(jù)。

但是(shì)为什么(me)暗物质会产生周期性的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移(yí)动(dòng)，那(nà)么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着我们也在(zài)以这样的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程中会(huì)产生相应(yīng)的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环(huán)绕(rào)银河系的方向是一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而(ér)在6月份的(de)时(shí)候，地球与太(tài)阳(yáng)的方向(xiàng)正好达到完(wán)全一致，这(zhè)是理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗物质流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达(dá)到了(le)最(zuì)慢(màn)值(zhí)。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况(kuàng)中(zhōng)，太(tài)阳系相对银(yín)河系的平面(miàn)呈(chéng)现了60度的(de)倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用(yòng)来解释，研究(jiū)人(rén)员们(men)所观测到(dào)的周期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水(shuǐ)分(fēn)、高山上(shàng)的积雪，甚至连(lián)意大利(lì)游客(kè)的数量也符合这个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征和第(dì)一个(gè)实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得到相同的信(xìn)号，就可(kě)以成为(wèi)暗物质所存(cún)在的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但(dàn)是(shì)由(yóu)于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还无法提供相应的(de)数据支(zhī)持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器(qì)提(tí)供的视野是(shì)哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关(guān)键的用途就(jiù)是探索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥秘(mì)，对(duì)于(yú)探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存(cún)在(zài)，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一理论得到(dào)进(jìn)一步的证(zhèng)实(shí)，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的暗(àn)物质(zhì)会不会意味着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的(de)效应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这些(xiē)推论的大前(qián)提是要(yào)先找到暗物质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得暗(àn)物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的(de)支持是我(wǒ)更新的动力！

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