宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过去的几十年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是(shì)却(què)没(méi)有发现任(rèn)何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示(shì)了(le)宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的(de)几百年来，当天文学(xué)家们(men)发现某些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不(bù)符合万有(yǒu)引力(lì)定律的时(shí)候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过(guò)引(yǐn)力在(zài)摄动它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的(de)异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力定(dìng)律(lǜ)所取得(dé)重(zhòng)大天文(wén)成(chéng)就的(de)例子(zi)。但是这(zhè)些(xiē)发现(xiàn)都是在恒(héng)星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们(men)上升到星系或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情就开始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物(wù)理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数千(qiān)个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量(liàng)一(yī)般会使用(yòng)到两种方法(fǎ)，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学(xué)的质量"，需要的数(shù)据是测量各(gè)个星系的光度。

第二(èr)种是动力学质(zhì)量的(de)计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速(sù)度(dù)。当测(cè)量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵了(le)，“动力(lì)学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的(de)过(guò)程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系的(de)速度比(bǐ)理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运(yùn)动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所(suǒ)产(chǎn)生的(de)引力是无法将它们(men)束缚在星系(xì)团内(nèi)的(de)，它(tā)们早就应该(gāi)被抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了这(zhè)样(yàng)部分不(bù)可(kě)见的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当(dāng)时的人(rén)们对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再(zài)一次出现(xiàn)。天文(wén)学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒星在其轨40kg是多少斤道上的运(yùn)行(xíng)速度就会越慢。但(dàn)是(shì)他(tā)们观测的结果却让(ràng)人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在(zài)星系(xì)当(dāng)中如果没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心的(de)距(jù)离，以及在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异(yì)常的结果，就认(rèn)为是(shì)由暗(àn)物质的力量进入(rù)其(qí)中。

于是科学(xué)家们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了(le)距离星系中心更远距离的氢(qīng)元素(sù)，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们(men)的太阳(yáng)系(xì)也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引(yǐn)力(lì)定律进行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于(yú)理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原(yuán)因很(hěn)可(kě)能就是存(cún)在着一(yī)种(zhǒng)我们看(kàn)不到(dào)的物(wù)质，是(shì)这些暗(àn)物(wù)质的引力效(xiào)应(yīng)将星(xīng)系聚集在了(le)一(yī)起(qǐ)。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研(yán)究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星(xīng)系质量的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可以解(jiě)释这个现象的原因。在一(yī)项新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力(lì)效应的遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科(kē)学家(jiā)们使用最先(xiān)进的(de)望远镜(jìng)对其(qí)进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发(fā)现星(xīng)系中的(de)恒(héng)星运动是可以(yǐ)用正(zhèng)常的物质和力学定律来(lái)解释(shì)的(de)。那么又有人提(tí)出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大(dà)星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近没(méi)有任何星(xīng)系(xì)存(cún)在。造成这些现象(xiàng)的(de)除了暗物质的(de)假(jiǎ)说之外，另一(yī)种可能(néng)就是人类对引力的(de)理解还不够全面，引力很(hěn)可(kě)能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是(shì)不同的，这意味着在行(xíng)星(xīng)系(xì)尺度(dù)中的(de)天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是(shì)上升到(dào)星系和星团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的相互作用(yòng)则(zé)是不(bù)同(tóng)的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互(hù)作用，科学家还(hái)引(yǐn)入了(le)外部(bù)场效应的概念，指的是在(zài)数百(bǎi)万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这意味着(zhe)我们需要对现在(zài)的(de)物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人认(rèn)为暗物质假说理论(lùn)就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证据，这些(xiē)理论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年的(de)子弹(dàn)星系(xì)团，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星(xīng)系(xì)的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会导致(zhì)温(wēn)度的(de)急剧升高(gāo)，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团大部分(fēn)的质量将位于所有(yǒu)这些气(qì)体所(suǒ)在的中间区域。那么我们(men)通过什(shén)么(me)来(lái)验证(zhèng)它的质量(liàng)区域到底是不是集中在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全彩的(de)高清(qīng)照片，在照(zhào)片中我们(men)可以明(míng)显(xiǎn)地(dì)看到(dào)很多星系(xì)似乎被(bèi)拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些(xiē)星系(xì)本身(shēn)并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么(me)问题，而(ér)是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和(hé)我们(men)地球上的观测(cè)者之间。被一(yī)个质量(liàng)超级巨大的(de)天体遮挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的(de)东西的(de)引力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这(zhè)个(gè)现象就(jiù)是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹星系团观测的时候(hòu)，发(fā)现它的大质量区域并(bìng)不(bù)是在中间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星(xīng)团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质则直接通过(guò)了这个区域，并(bìng)在两边形成了(le)引力(lì)透镜。对(duì)子弹星系(xì)团的(de)引力(lì)透镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的理(l40kg是多少斤ǐ)论证(zhèng)据。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于(yú)可以畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背景上留下(xià)了各(gè)相同性(xìng)的微波辐(fú)射。其中红色的部(bù)分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科(kē)学家们通过对前景(jǐng)背景分离(lí)后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质(zhì)，图(tú)形(xíng)看起来不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐(fú)射的测(cè)量(liàng)值(zhí)，我们需要的(de)暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星运动所需(xū)要的(de)暗物质(zhì)比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很(hěn)好地解(jiě)释了(le)很多不同(tóng)的(de)观(guān)测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作(zuò)用(yòng)，只通过引力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了(le)暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这(zhè)些不同的(de)目标粒(lì)子(zi)所需要的实验方(fāng)式也不相同(tóng)。在(zài)过去(qù)的几(jǐ)十(shí)年当中，人类为(wèi)了(le)寻找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎不会与常(cháng)规物质(zhì)相互(hù)作(zuò)用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的实验，却(què)没(méi)有(yǒu)任(rèn)何实质性的发(fā)现，除了一个地方，意(yì)大利的(de)格(gé)兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探(tàn)测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒(lì)子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测(cè)到了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多(duō)年的(de)数据(jù)收集，人们发现了(le)一个有趣(qù)的事情。探(tàn)测率(lǜ)会在每年(nián)的6月(yuè)份达到峰值，然后(hòu)在(zài)11月(yuè)降到最低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是(shì)人类发(fā)现暗物质(zhì)的(de)第一个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物质会产生周期(qī)性的(de)年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这(zhè)个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地(dì)球围绕(rào)太(tài)阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外(wài)半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方(fāng)向正好(hǎo)达(dá)到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流(liú)最快(kuài)的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这(zhè)可(kě)以用来解释，研究人员们所观(guān)测(cè)到的(de)周期(qī)性信号(hào)。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的(de)水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这个周期的(de)规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立了一(yī)个(gè)几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之前(qián)的实验(yàn)室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的(de)运动特征(zhēng)和(hé)第一(yī)个实验(yàn)室(shì)是一样的(de)。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到(dào)相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在(zài)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(bù)久(jiǔ)，所以(yǐ)截至(zhì)目前(qián)还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视(shì)场仪器提供的视野(yě)是哈(hā)勃红外仪器的100倍。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索暗物(wù)质背后的奥秘，对(duì)于探测(cè)的结(jié)果，我们只能拭目以待了(le)。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研究(jiū)发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们(men)极有(yǒu)可能(néng)拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神(shén)秘的(de)效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞(dàn)生，或者说是生命进化的一(yī)个(gè)重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中(zhōng)的(de)暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个(gè)角(jiǎo)落的(de)行星上(shàng)，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过这样的(de)效应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先找到暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不(bù)存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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