宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是什(shén)么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物质存(cún)在的证(zhèng)据，科学家们在过去(qù)的几十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实(shí)验(yàn)，但是(shì)却没有(yǒu)发(fā)现任何(hé)的有(yǒu)效证(zhèng)据。除(chú)了一个地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的(de)自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引(yǐn)力定(dìng)律，它(tā)揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规(guī)律。往后的几百年来，当天文学(xué)家(jiā)们发现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定律的时候，他(tā)们就会(huì)知道(dào)，周围(wéi)一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推(tuī)算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是(shì)应用万(wàn)有引力定(dìng)律所取(qǔ)得重(zhòng)大天文成(chéng)就的例子。但是这些(xiē)发现都(dōu)是在恒星系(xì)统的尺度当中，可(kě)当(dāng)我(wǒ)们(men)上升到星系(xì)或者是星团的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威基正在(zài)研究和(hé)测量后发星系团的质量。这是一个由数千(qiān)个星系(xì)所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般(bān)会使用到两种方(fāng)法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确(què)定其(qí)质量的范围。

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

第二种是动(dòng)力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的(de)各个星(xīng)系相对于星系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味着，后发座(zuò)星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见光的(de)形式所存(cún)在，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最诡异(yì)的是，在测(cè)量速度的过程(chéng亢可以加什么偏旁变成什么字，亢这个字可以加什么偏旁)中，兹威基发现星系(xì)团中很(hěn)多(duō)星(xīng)系的(de)速度比理论(lùn)上要快得(dé)多，按照牛(niú)顿的(de)运(yùn)动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质(zhì)量所产生的引(yǐn)力是无法将(jiāng)它们束缚在(zài)星系团内的(de)，它们早就(jiù)应该被抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来(lái)源(yuán)于(yú)某种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们(men)对(duì)这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出(chū)现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们(men)观测的结果却让人感到(dào)不可(kě)思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速(sù)度几(jǐ)乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，在(zài)星系当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到(dào)宇宙(zhòu)当中(zhōng)了(le)。基于这种现象，科学家们(men)会(huì)使用一种(zhǒng)相对标准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物(wù)质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方法就(jiù)是(shì)测量星系当(dāng)中气亢可以加什么偏旁变成什么字，亢这个字可以加什么偏旁体(tǐ)在(zài)X轴上距离(lí)星系(xì)中心的距离(lí)，以及(jí)在Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现异常(cháng)的(de)结果，就认为(wèi)是由暗物质(zhì)的力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度(dù)并不符合(hé)牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳(yáng)系(xì)也不(bù)例(lì)外，太阳(yáng)系(xì)位(wèi)于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度(dù)应该(gāi)是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速度围绕银河(hé)系(xì)旋转，这个实际速度(dù)远远大(dà)于理论(lùn)速度(dù)，那么(me)产生(shēng)以(yǐ)上这(zhè)种向心(xīn)加速度的(de)原(yuán)因很可能就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我们看不(bù)到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这(zhè)时开始，越来越多(duō)的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学(xué)家根据星系外恒星轨道(dào)的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不(bù)是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的(de)研究当(dāng)中，科(kē)学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有(yǒu)引(yǐn)力(lì)效(xiào)应的遥(yáo)远恒(héng)星之间，也会(huì)出现(xiàn)速度(dù)上的微小差异(yì)。另外，天文(wén)学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中存在的(de)恒星(xīng)数量却只有银(yín)河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家(jiā)们使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正(zhèng)常的物(wù)质和力学定律来解释的。那么(me)又有人提(tí)出，也许该星系(xì)的(de)暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可(kě)能就是(shì)人类对引力(lì)的理(lǐ)解还不(bù)够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式(shì)运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺(chǐ)度(dù)，引力之间的相互作用则(zé)是不(bù)同的方(fāng)式。对于在星(xīng)系(xì)团之间的相互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应的(de)概念(niàn)，指的(de)是在数百(bǎi)万光年的(de)规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这意(yì)味着(zhe)我们需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质假说理论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于(yú)暗物质存在的其他(tā)的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理(lǐ)论证据是蒙德(dé)理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系(xì)的气体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的(de)时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的(de)质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区域(yù)。那么我们通过什么来验证(zhèng)它(tā)的(de)质量区域(yù)到(dào)底是(shì)不是集(jí)中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中第一(yī)张全彩(cǎi)的高清照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星(xīng)系(xì)本身并不是(shì)真的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不(bù)是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了(le)什(shén)么问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远的天体和(hé)我们(men)地球上的(de)观测者之间。被一个(gè)质(zhì)量(liàng)超级巨大的(de)天(tiān)体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的东西的引力(lì)，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大的天(tiān)体可能是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)观测的(de)时候，发现它(tā)的大质量区域并不是(shì)在(zài)中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以最好的解释方法(fǎ)就是当星(xīng)团(tuán)发生全部的(de)碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气(qì)体被卡在(zài)了中间，暗(àn)物质则直接通(tōng)过了(le)这个区域，并在(zài)两边形(xíng)成(chéng)了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系团的引力透镜(jìng)研究(jiū)也被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的(de)温(wēn)差(chà)只有万分之一(yī)。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后的(de)二值图像进(jìn)行连通域提取和标(biāo)记之后发(fā)现，如(rú)果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形(xíng)看(kàn)起来不(bù)应(yīng)该是这样的(de)，而(ér)随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值(zhí)的(de)幅(fú)度会(huì)减小(xiǎo)，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比例是(shì)一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释(shì)了很多不同的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不(bù)参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗(àn)物质存(cún)在的实际证据(jù)。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提出了数(shù)十(shí)种的假想目标，而(ér)要寻(xún)找这(zhè)些不(bù)同的目标粒子所需(xū)要的(de)实验方式也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不(bù)会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家们(men)已经进行了(le)超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质性的(de)发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球上最大的(de)地(dì)学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高(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(nián)以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人(rén)们(men)发现了一(yī)个(gè)有趣的事(shì)情。探(tàn)测(cè)率(lǜ)会在每(měi)年的6月份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在(zài)20亢可以加什么偏旁变成什么字，亢这个字可以加什么偏旁年(nián)当中每(měi)年都是一(yī)样。一(yī)些科学家认(rèn)为这可能是(shì)人类(lèi)发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但(dàn)是(shì)为什么(me)暗物质会产生(shēng)周期性的年度(dù)信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)我们也在以(yǐ)这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银河系的方(fāng)向是一(yī)致的，而(ér)另外(wài)半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时(shí)候，地球(qiú)与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致(zhì)，这(zhè)是理论(lùn)上(shàng)地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在(zài)实际的情况中，太(tài)阳系(xì)相对银(yín)河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理(lǐ)论的有(yǒu)效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这(zhè)可以用(yòng)来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可(kě)能有(yǒu)其他(tā)的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差(chà)异也可能(néng)是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中(zhōng)的(de)水分(fēn)、高山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连(lián)意大利游(yóu)客的数量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们(men)又在南(nán)半球建立了一个几乎(hū)相(xiāng)同的实验(yàn)室，这里的(de)季节与(yǔ)之(zhī)前的(de)实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流(liú)的(de)运动特(tè)征和第一(yī)个实(shí)验室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如(rú)果在这(zhè)里可以得(dé)到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常(cháng)有力的(de)证据(jù)了。但是由于这个(gè)实验室刚(gāng)刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以截至目前还无法提供相应的(de)数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台(tái)太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它(tā)的宽(kuān)视(shì)场仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中(zhōng)一个关键(jiàn)的(de)用途就是探(tàn)索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了。费米实验(yàn)室(shì)粒(lì)子天体物(wù)理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它(tā)们极有(yǒu)可(kě)能(néng)拥(yōng)有另一(yī)种神秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命(mìng)进化的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一理论得到(dào)进一步的证实(shí)，那(nà)么遍布(bù)宇(yǔ)宙当(dāng)中的(de)暗物质会不会意味着人类并不孤(gū)单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大前提是要(yào)先找到暗(àn)物质存(cún)在的实际(jì)证据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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