宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又(yòu)究(jiū)竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家(jiā)们在过去的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了(le)一个地方，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有引力定律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动的规律。往后的几百年(nián)来，当(dāng)天(tiān)文学(xué)家(jiā)们发现(xiàn)某(mǒu)些天(tiān)体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不符(fú)合万有(yǒu)引力定律的时(shí)候，他们就(jiù)会(huì)知道，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的天(tiān)体通过(guò)引(yǐn)力在摄动(dòng)它(tā)的轨道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维(wéi)耶(yé)就通过天王星(xīng)运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是(shì)应用万有引力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天文成就(jiù)的(de)例(lì)子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系(xì)统的(de)尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的(de)巨大星系团(tuán)，这些星系(xì)被引力束缚(fù)在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用(yòng)到两(liǎng)种方法，当两种(zhǒng)方法结(jié)果(guǒ)一致(zhì)，就可(kě)以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需(xū)要的(de)数据是测量各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的(de)计算，是(shì)利(lì)用光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团中的各个星系相对于星系(xì)团的运动速(sù)度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基(jī)彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了(le)，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星(xīng)系团中(zhōng)很多星(xīng)系的速度(dù)比理论上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动(dòng)学(xué)定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见星系(xì)的质(zhì)量所产生(shēng)的(de)引力是无法将它们(men)束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力(lì)量来(lái)源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样(yàng)部分不(bù)可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光(guāng)、反射光，但是它们(men)却(què)占据着(zhe)宇宙中绝大(dà)部(bù)分的(de)质量。只是(shì)当时的人们对(duì)这(zhè)样(yàng)的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物质”这个词(cí)才再一次(cì)出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙(xiān)女座(zuò)星系(xì)中(zhōng)的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会(huì)越慢(màn)。但是他们观测(cè)的结(jié)果却让人感到不可(kě)思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不(bù)变。可是根(gēn)据牛(niú)顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如(rú)果(guǒ)没有足够大的质量来(lái)吸引它们，这些外围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到(dào)宇宙当(dāng)中了。基(jī)于这种现象，科学家们(men)会使用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的方(fāng)法来解(jiě)释(shì)暗(àn)物质(zhì)的(de)存在(zài)，这种方法就(jiù)是测量星系(xì)当(dāng)中气(qì)体在X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学(xué)家们通过射电(diàn)望远镜测量了距离(lí)星系中(zhōng)心更远距离的氢元(yuán)素，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛(niú)顿(dùn)的力学(xué)定(dìng)律。我们的(de)太阳系(xì)也不例外，太阳系位(wèi)于银河(hé)系的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银河(hé)系(xì)中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引力(lì)定律进行计算(suàn)，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实(shí)际速(sù)度远远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这(zhè)种向心加速度(dù)的原(yuán)因(yīn)很可能就是存在着一(yī)种我们看不到的(de)物质，是这些暗(àn)物质的引(yǐn)力效应将星(xīng)系(xì)聚集在(zài)了(le)一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科(kē)学(xué)家根据星系(xì)外恒(héng)星轨道的(de)速度，估(gū)算在(zài)星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯一可以解(jiě)释(shì)这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项(xiàng)新(xīn)的研究(jiū)当中，科(kē)学家们(men)发现，几乎没有引力效应的(de)遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小差异(yì)。另(lìng)外，天文(wén)学家(jiā)还发现(xiàn)了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河系不多(duō)，但是星系当(dāng)中存(cún)在的恒星数量却(què)只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家(jiā)们(men)使用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的(de)详细测(cè)量之后，发现星系中的(de)恒星(xīng)运动是可以用正常的物质(zhì)和力学(xué)定律来(lái)解释的(de)。那(nà)么又有人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任何星(xīng)系存在(zài)。造成(chéng)这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗(àn)物质的(de)假说之外(wài)，另一(yī)种可能就是人(rén)类对引力(lì)的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度(dù)空间中的工作方式是(shì)不同的(de)，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的(de)轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度(dù)，引(y冲冠一怒为红颜指的是什么意思，红颜指的是什么意思解释ǐn)力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星(xīng)系团之间的相互作用，科学家还引入(rù)了外(wài)部(bù)场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的(de)质量之(zhī)间(jiān)会产(chǎn)生(shēng)对(duì)彼(bǐ)此特(tè)殊(shū)的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要(yào)对(duì)现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些发现(x冲冠一怒为红颜指的是什么意思，红颜指的是什么意思解释iàn)也让很(hěn)多人认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们(men)大部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当中(zhōng)。当(dāng)星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星(xīng)际气(qì)体的相互作用就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)大部分的(de)质量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区(qū)域(yù)。那么我(wǒ)们通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到底(dǐ)是(shì)不是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太(tài)空望(wàng)远镜传回了宇宙当(dāng)中第(dì)一(yī)张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明(míng)显地(dì)看到很多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不(bù)是真(zhēn)的被扭曲了，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜出了(le)什么(me)问题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们地(dì)球(qiú)上的观测者之间。被一个质量超级(jí)巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质量的(de)东西(xī)的(de)引力(lì)，会使身(shēn)后(hòu)更(gèng)遥远星系的光都发生了(le)扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引力透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨大的天(tiān)体(tǐ)可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星系团(tuán)观(guān)测(cè)的时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的(de)解释方(fāng)法就是(shì)当星团发生全部(bù)的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被(bèi)观(guān)测到(dào)的质(zhì)量气体被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系(xì)团的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性的(de)微波辐(fú)射。其中红色(sè)的部(bù)分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示(shì)相对较冷的区域(yù)，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背景分离后的二(èr)值图(tú)像进行连通域提(tí)取(qǔ)和标记(jì)之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样(yàng)的，而随着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波背景(jǐng)辐射的(de)测(cè)量(liàng)值，我(wǒ)们(men)需(xū)要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要(yào)的(de)暗(àn)物质比例是一(yī)致的。这(zhè)就意(yì)味(wèi)着。

用了(le)一个(gè)简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释(shì)了很(hěn)多不(bù)同的观(guān)测(cè)结果。而(ér)暗(àn)物质的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒(lì)子(zi)，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互(hù)作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的存在，就相当于找到了暗(àn)物质存在的(de)实际(jì)证(zhèng)据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒(lì)子所需(xū)要的实验方(fāng)式(shì)也不相(xiāng)同。在过去的几十(shí)年当(dāng)中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规(guī)物(wù)质相(xiāng)互(hù)作(zuò)用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进(jìn)行了超过50次(cì)的实验，却没有任何实质性的发现，除了(le)一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的(de)地学实验室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期(qī)性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多(duō)年的数据收集，人们发现(xiàn)了(le)一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在(zài)20年当中每年都是一样。一(yī)些科学(xué)家认为这可(kě)能(néng)是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物(wù)质会产生周期性的年(nián)度信(xìn)号呢？刚才(cái)我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进(jìn)行(xíng)移(yí)动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意味着我们也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生相应的(de)振荡，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银(yín)河系(xì)的方向是一致的，而(ér)另(lìng)外(wài)半年则与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月(yuè)份的(de)时候(hòu)，地球与太(tài)阳的方向正好(hǎo)达到(dào)完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现了(le)60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期(qī)性信(xìn)号(hào)。当然(rán)也可能有(yǒu)其他的(de)情况，造成这种年度周期(qī)信号(hào)的(de)差(chà)异也可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至连意大(dà)利(lì)游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南(nán)半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的(de)季节与之前(qián)的实验室(shì)正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运(yùn)动(dòng)特征和第一个实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可以得到相同(tóng)的(de)信号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物质所(suǒ)存在(zài)的非常有力的(de)证(zhèng)据了。但是(shì)由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同，但它的(de)宽视场仪器提供的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)其中(zhōng)一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物(wù)质背后的(de)奥秘，对于(yú)探测的(de)结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心(xīn)的科(kē)学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质(zhì)存在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种神(shén)秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中(zhōng)生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进化的一(yī)个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进(jìn)一步(bù)的证实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过这样的(de)效(xiào)应创造生命。当然(rán)，这些推(tuī)论的(de)大前提是要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的(de)实际证据(jù)。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到(dào)底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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