宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存(cún)在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类(lèi)为了(le)寻找暗(àn)物质存在(zài)的(de)证据，科学家们在过去的几十年(nián)当中进(jìn)行了超过50次的(de)长期实验，但是却没有发现(xiàn)任(rèn)何(hé)的有效证据。除(chú)了(le)一个(gè)地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的(de)自然哲学数学(xué)原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表了万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动(dòng)的规(guī)律。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当天(tiān)文学(xué)家们发现某(mǒu)些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异常，不符(fú)合万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)的时(shí)候，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围一定有未知(zhī)的天体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它(tā)的(de)轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的(de)存在。另(lìng)外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥(míng)王星(xīng)的发现都(dōu)是应(yīng)用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所(suǒ)取(qǔ)得重大(dà)天文成就的(de)例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星(xīng)系统(tǒng)的(de)尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们上升到星系或者是星(xīng)团(tuán)的尺度，事情就开(kāi)始变(biàn)得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基正在研究和测(cè)量后(hòu)发星系团的(de)质(zhì)量(liàng)。这是一个由数千个星(xīng)系所组成(chéng)的巨(jù)大星系团，这(zhè)些星系(xì)被引力束缚在一起。测(cè)量星系(xì)团(tuán)的质量一(yī)般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就可(kě)以确定(dìng)其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是(shì)测量各个(gè)星系的(de)光度(dù)。

第二种是(shì)动力学质量(liàng)的(de)计算，是利用光谱红移测量星系团中的(de)各个星系(xì)相对于星(xīng)系(xì)团的运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学(xué)质(zhì)量”竟然(rán)是“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可(kě)见(jiàn)光的形式所存在(zài)，我们(men)无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是(shì)翩跹和蹁跹的区别，翩跹和蹁跹拼音，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的速度(dù)比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星系的(de)质量(liàng)所产(chǎn)生的引力(lì)是无(wú)法(fǎ)将它们(men)束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应(yīng)该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外(wài)了(le)，除(chú)非(fēi)有一种神秘(mì)的(de)力量(liàng)在起(qǐ)作用，这种力(lì)量来源于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据(jù)此，兹维基提出(chū)了(le)这样部(bù)分不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射(shè)光，但是(shì)它们(men)却占据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只(zhǐ)是(shì)当时(shí)的人们对这(zhè)样的一种说(shuō)法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在观(guān)测(cè)仙(xiān)女座星系中的(de)恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在其(qí)轨道上的运行速(sù)度就会越慢(màn)。但是他(tā)们观测的结(jié)果(guǒ)却(què)让人感到不(bù)可(kě)思(sī)议。

随(suí)着与(yǔ)中心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质(zhì)量(liàng)来吸引它们，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早(zǎo)就(jiù)被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学(xué)家们会(huì)使用一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物质的(de)存在，这种方法就是测量星(xīng)系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距(jù)离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度(dù)。如果出现异常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是(shì)科(kē)学家(jiā)们通过射电望(wàng)远镜(jìng)测量了距离星系(xì)中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我们的太(tài)阳系(xì)也不例(lì)外，太阳系位(wèi)于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕银河(hé)系旋转，这(zhè)个实际(jì)速度远远大于理论速度，那么产生(shēng)以上这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的原因很可能(néng)就是存在着一种我们看(kàn)不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将星(xīng)系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究人员(yuán)开始相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在(zài)。科(kē)学家根据星(xīng)系外恒(héng)星轨道的速(sù)度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量(liàng)占整个星(xīng)系质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在(zài)一项新(xīn)的研究当中，科学(xué)家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引力(lì)效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会出(chū)现速度上的微小差(chà)异。另外，天文学(xué)家(jiā)还发(fā)现(xiàn)了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离(lí)地(dì)球大(dà)约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星(xīng)系当中存在的(de)恒星数量却(què)只有银河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论上，该星系(xì)必须存(cún)在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是(shì)科学家(jiā)们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了(le)40个小时的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发(fā)现星系中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物(wù)质(zhì)和力(lì)学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没(méi)有任(rèn)何星系(xì)存(cún)在。造成这些现象的除(chú)了(le)暗(àn)物质的假说(shuō)之外(wài)，另(lìng)一种(zhǒng)可(kě)能就是人类对(duì)引(yǐn)力的理解(jiě)还不够全面(miàn)，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按(àn)照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式运动(dòng)。但是上升到(dào)星系和星团(tuán)的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的(de)相互作(zuò)用，科(kē)学家还引入了外部场效应的(de)概念(niàn)，指的是(shì)在数百万光年的规(guī)模上(shàng)，巨(jù)大的质(zhì)量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发现(xiàn)也让很多人认(rèn)为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质(zhì)存(cún)在的其他的理(lǐ)论证据(jù)，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的子弹星系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团所组(zǔ)成(chéng)，类(lèi)似这样的星团，它们(men)大部分(fēn)的普(pǔ)通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用就(jiù)会导致温度的急(jí)剧(jù)升高，速度大幅(fú)降(jiàng)低(dī)。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系(xì)团大(dà)部分的质量将位(wèi)于所有(yǒu)这些(xiē)气体所在的中间(jiān)区域。那么我们(men)通过(guò)什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在照片中我们(men)可以明显地看到很(hěn)多(duō)星(xīng)系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变(biàn)。其(qí)实(shí)这些(xiē)星(xīng)系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了(le)什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们(men)地球上(shàng)的观测者之间。被一(yī)个质(zhì)量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就是引力透(tòu)镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人(rén)们对子弹星系团(tuán)观(guān)测的时候(hòu)，发现它的(de)大质量区(qū)域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方(fāng)法就(jiù)是(shì)当星团(tuán)发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗(àn)物质则直接通(tōng)过了这个区域(yù)，并在(zài)两边形成了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系(xì)团的(de)引力透(tòu)镜研究也被(bèi)认为是(shì)暗物质存在的迄今(jīn)为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆(bào)炸(zhà)开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之(zhī)后，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各(gè)相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则(zé)表示(shì)相对(duì)较(jiào)冷的(de)区域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对(duì)前(qián)景背(bèi)景分离后的二值图像(xiàng)进行连通(tōng)域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的(de)5倍。这(zhè)个数字(zì)与解释星(xīng)系当中恒星(xīng)运动所需要的(de)暗(àn)物质(zhì)比例是一(yī)致的。这就意(yì)味(wèi)着。

用(yòng)了一个(gè)简单(dān)的理论(lùn)框(kuāng)架，就很好地解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的(de)粒子(zi)，它们不参与任何其他(tā)的(de)电磁作用，只通(tōng)过引力(lì)来相互作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需要(yào)的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们(men)已经(jīng)进(jìn)行了超过(guò)50次的(de)实验，却没有任何(hé)实(shí)质(zhì)性的发现，除(chú)了一(yī)个(gè)地方，意(yì)大(dà)利的(de)格(gé)兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿(kuàng)井当(dāng)中(zhōng)，藏着地(dì)球(qiú)上最大的地学实验(yàn)室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三(sān)层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多(duō)年(nián)的数据收集，人们(men)发现了一(yī)个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年(nián)的(de)6月份达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降到(dào)最低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每(měi)年(nián)都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发(fā)现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个直接(jiē)证据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗(àn)物(wù)质会产生(shēng)周期性的(de)年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么(me)如果暗物质存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会(huì)产生相应(yīng)的振荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方(fāng)向是(shì)一致(zhì)的(de)，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的(de)方向正好(hǎo)达(dá)到(dào)完全一(yī)致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实(shí)际的情况中，太阳(yáng)系相对银(yín)河系的(de)平(píng)面呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是这并(bìng)不影响这个(gè)理(lǐ)论的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学家(jiā)认为这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测到的周期性(xìng)信号。当然(rán)也可能有其(qí)他的情况，造(zào)成这种年度(dù)周期信号的(de)差异也可能(néng)是(shì)温(wēn)度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数(shù)量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实(shí)验室(shì)，这里(lǐ)的(de)季节与之前的实(shí)验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质流的运动特征和(hé)第一(yī)个实验室(shì)是一样的。

因(yīn)此，如果在(zài)这(zhè)里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物(wù)质所存在的(de)非常有力(lì)的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至(zhì)目(mù)前还无法提供相应(yīng)的(de)数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪(yí)器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼(màn)太(tài)空望(wàng)远镜其(qí)中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了(le)。费米实验室粒(lì)子天体物理(lǐ)中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在，它(tā)们(men)极(jí)有可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效(xiào)应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的(de)一个(gè)重要因(yīn)素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到进(jìn)一(yī)步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物(wù)质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的(de)行星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应(yīng)创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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