宇宙是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会存在科学(xué)无法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又(yòu)究竟是(shì)什(shén)么？人类为了寻找暗物(wù)质(zhì)存在的证据，科(kē)学家们(men)在过去的(de)几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现(xiàn)任(rèn)何(hé)的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的规(guī)律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现(xiàn)某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不(bù)符(fú)合万有引力定律直径26厘米等于多少寸，26厘米等于多少寸英寸的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通(tōng)过(guò)引力在摄(shè)动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的(de)异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是(shì)应用(yòng)万有引力定(dìng)律所取得重大天文成就的例子。但是这些(xiē)发现(xiàn)都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升(shēng)到(dào)星(xīng)系(xì)或(huò)者是星(xīng)团的尺度，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测(cè)量后(hòu)发星系团的质量(liàng)。这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。测量星系团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确(què)定其质量(liàng)的范(fàn)围(wéi)。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要(yào)的数(shù)据(jù)是(shì)测(cè)量(liàng)各个星系的光度。

第二(èr)种是动(dòng)力(lì)学质量(liàng)的(de)计算，是(shì)利用光谱(pǔ)红移测(cè)量星系(xì)团中的各(gè)个星系(xì)相对于星系团的(de)运(yùn)动速度。当(dāng)测量结果出(chū)来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度(dù)学质量”的(de)400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的(de)质量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的速度(dù)比理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力是(shì)无(wú)法将它们束缚(fù)在星系团(tuán)内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘(mì)的力(lì)量(liàng)在起作(zuò)用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质(zhì)量(liàng)。只是当时(shí)的人们对这样的(de)一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女(nǚ)座星系中的恒星(xīng)运动(dòng)。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒(héng)星在(zài)其轨道上(shàng)的(de)运(yùn)行速度就会(huì)越慢。但是他们观(guān)测的结果却(què)让人感到不(bù)可思议。

随着与中心(xīn)距离(lí)的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当中如果(guǒ)没(méi)有足够(gòu)大(dà)的质量(liàng)来吸(xī)引它们，这些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现(xiàn)象(xiàng)，科(kē)学家们会使用一(yī)种相对标准的方法(fǎ)来解释(shì)暗(àn)物(wù)质的存(cún)在(zài)，这种方法就是测量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的(de)结果，就认为是(shì)由暗(àn)物质(zhì)的力量进入其中。

于(yú)是科学(xué)家(jiā)们通过(guò)射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距(jù)离(lí)星系中心更远距(jù)离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定(dìng)律。我(wǒ)们的(de)太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三(sān)悬臂(bì)之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力(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(dàn)实(shí)际上(shàng)，太(tài)阳系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那(nà)么产生以(yǐ)上这种向心加速度的(de)原因很可(kě)能(néng)就是存(cún)在着一种(zhǒng)我们(men)看不到的物(wù)质，是这些(xiē)暗物(wù)质(zhì)的引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗(àn)物质(zhì)的(de)存在。科(kē)学(xué)家根(gēn)据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物(wù)质的质(zhì)量占整(zhěng)个(gè)星(xīng)系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象(xiàng)的(de)原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学(xué)家们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的(de)遥远恒星之间(jiān)，也会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文(wén)学家(jiā)还发现了一(yī)个(gè)反(fǎn)常(cháng)的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和(hé)银河系(xì)不多，但是星系(xì)当中(zhōng)存在的(de)恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之(zhī)一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜对其(qí)进行(xíng)了40个(gè)小时(shí)的详细测量之后(hòu)，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动是可(kě)以用正(zhèng)常的物(wù)质和力学定律来解释的。那么(me)又有人提出(chū)，也(yě)许(xǔ)该星系的(de)暗物质，已经被(bèi)附(fù)近的另一(yī)个大星系剥(bō)离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引力很可能(néng)在不同尺度空间中的工作(zuò)方(fāng)式是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体(tǐ)会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方(fāng)式运(yùn)动。但(dàn)是上升到星系(xì)和星团(tuán)的尺度，引力之间(jiān)的(de)相互作(zuò)用则(zé)是不同(tóng)的方式。对于在(zài)星系团(tuán)之间(jiān)的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场效应(yīng)的概念，指的是(shì)在数百万(wàn)光年的(de)规模上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间会产生对(duì)彼此特殊(shū)的(de)效果(guǒ)，这个(gè)理(lǐ)论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)成立，这意味着我们需(xū)要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也(yě)让很多人认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他(tā)的(de)理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成(chéng)，类似这样的(de)星团，它们大部分的(de)普通质量(liàng)都在星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作(zuò)用就会导致温度的急(jí)剧升高，速(sù)度(dù)大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大(dà)部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那(nà)么我们通过什么来验证(zhèng)它的(de)质量区(qū)域到底是(shì)不是集中在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们(men)可以明(míng)显地看到很多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸(sh直径26厘米等于多少寸，26厘米等于多少寸英寸ēn)产生了(le)巨大的形变。其实这些(xiē)星系本身并不(bù)是(shì)真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远的(de)天体(tǐ)和我们地球(qiú)上的(de)观测者之(zhī)间。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大的(de)天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生(shēng)了(le)扭曲(qū)。这(zhè)个(gè)现象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效应(yīng)。这(zhè)个(gè)巨大的天体可(kě)能是超大质量(liàng)的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团(tuán)观(guān)测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所(suǒ)以最(zuì)好的解释方法就是当(dāng)星团发(fā)生全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被观测到(dào)的质(zhì)量气体被(bèi)卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则直接(jiē)通过了这个(gè)区(qū)域(yù)，并在两边形成了(le)引力透镜。对子(zi)弹星系团的(de)引力(lì)透镜研(yán)究也被认为(wèi)是暗(àn)物质存在的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自(zì)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙空间背景上(shàng)留下(xià)了(le)各相同性的微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红色的(de)部分表示温度(dù)较高的区域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的(de)温差只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科学家(jiā)们(men)通过对前景背景分(fēn)离(lí)后的二值图像进(jìn)行连通域(yù)提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应(yīng)该(gāi)是这(zhè)样的，而随着暗(àn)物质的增加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅度(dù)会减小，才变得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐(fú)射的测量值，我们需要的(de)暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系(xì)当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框(kuāng)架，就很(hěn)好(hǎo)地解释(shì)了很多(duō)不(bù)同(tóng)的观(guān)测结果(guǒ)。而暗(àn)物(wù)质的本(běn)质就是宇宙当(dāng)中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过(guò)引力来相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能(néng)够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗(àn)物质存在(zài)的实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底(dǐ)是什么(me)？科学家们已经提出了(le)数(shù)十种的假想目(mù)标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需(xū)要的实(shí)验方式也(yě)不相同。在过(guò)去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常(cháng)规物质(zhì)相(xiāng)互(hù)作用(yòng)的(de)“暗物质”，科(kē)学家们(men)已经进(jìn)行了超过(guò)50次的(de)实验，却没有任何实质性的发现，除了(le)一个地方(fāng)，意大利的格(gé)兰萨(sà)索山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这个(gè)实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器(qì)，一直(zhí)致(zhì)力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里的(de)科(kē)学家声称观测到了某种(zhǒng)信(xìn)号(hào)。经过了(le)20多年的(de)数据(jù)收集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率(lǜ)会在(zài)每年(nián)的(de)6月份达(dá)到(dào)峰(fēng)值，然(rán)后(hòu)在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且在20年(nián)当中每年都(dōu)是(shì)一样。一些科学家认为这可能是(shì)人类发现暗物质的(de)第一(yī)个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生(shēng)周期(qī)性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正(zhèng)在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着(zhe)我们也在(zài)以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿越着(zhe)暗(àn)物质流，这(zhè)个过程中(zhōng)会产生相(xiāng)应的(de)振荡，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方向(xiàng)是一(yī)致(zhì)的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达(dá)到完(wán)全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的(de)情(qíng)况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论(lùn)的(de)有效性。

因此科学家认为(wèi)这可(kě)以用来解(jiě)释，研究人员们所观测到的(de)周期性信号。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差(chà)异也(yě)可能(néng)是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游(yóu)客的数量(liàng)也符合这(zhè)个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物质流的(de)运(yùn)动特征和第(dì)一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的(de)非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截(jié)至目前(qián)还(hái)无法提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的望远镜，这台(tái)太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大(dà)小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于探测的(de)结果，我(wǒ)们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或(huò)者说(shuō)是生命进化的一个重(zhòng)要因(yīn)素。

如(rú)果这一理论得到进一步的(de)证(zhèng)实，那(nà)么遍(biàn)布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物质(zhì)会(huì)不会意味着人类(lèi)并不孤(gū)单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落(luò)的行星(xīng)上，暗物质正在(zài)通过这样的效(xiào)应(yīng)创造生(shēng)命。当(dāng)然，这些(xiē)推论(lùn)的(de)大前(qián)提(tí)是要先找到暗物质(zhì)存(cún)在的(de)实(shí)际(jì)证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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