宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物(wù)质(zhì)存(cún)在(zài)的(de)证据，科学家们在过(guò)去(qù)的几十年(nián)当(dāng)中进行了超过(guò)50次的长期(qī)实(shí)验，但是(shì)却没(méi)有发(fā)现任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数(shù)学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发(fā)表了万有(yǒu)引力(lì)定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几(jǐ)百年(nián)来，当天文(wén)学家们发(fā)现某(mǒu)些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力定律的(de)时候，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围一(yī)定有(yǒu)未知的(de)天体通过引力在(zài)摄(shè)动它(tā)的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是(shì)这些(xiē)发现(xiàn)都(dōu)是在恒(héng)星(xīng)系统的尺(chǐ)度当(dāng)中(zhōng)，可当我们上升到星系或(huò)者是星(xīng)团的尺度，事情就(jiù)开始变得(dé)诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和(hé)测量(liàng)后发(fā)星系团的质量。这是(shì)一个由数(shù)千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星(xīng)系被(bèi)引(yǐn)力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一(yī)致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一(yī)种是(shì)获得其"光度学的(de)质量"，需(xū)要的数据(jù)是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是(shì)动力(lì)学质量(liàng)的计算，是(shì)利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星系(xì)相对于(yú)星系(xì)团的(de)运动(dòng)速度。当测(cè)量结(jié)果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着(zhe)，后发座(zuò)星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以(yǐ)可(kě)见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量速度的(de)过程中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团中很多星(xīng)系的(de)速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产生的引力(lì)是无法将它们束缚在(zài)星系团内的(de)，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的暗(àn)质，它(tā)不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据(jù)着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分的质(zhì)量。只是当(dāng)时的人们对这样的一(yī)种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的(de)恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离(lí)中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但(dàn)是(shì)他们观测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持(chí)不(bù)变。可是根(gēn)据(jù)牛顿的(de)万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星系当中如(rú)果没有足(zú)够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法(fǎ)来(lái)解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是测量星系当(dāng)中气(qì)体在X轴上(shàng)距(jù)离(lí)星(xīng)系中(zhōng)心(xīn)的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜测量了距离星(xīng)系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速(sù)度并(bìng)不符合牛(niú)顿(dùn)的力(lì)学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系(xì)也不例外(wài)，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有引(yǐn)力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么(me)产生以上这种(zhǒng)向心加速(sù)度的原因很(hěn)可(kě)能就(jiù)是(shì)存(cún)在着(zhe)一种我们看不到的物(wù)质(zhì)，是这(zhè)些(xiē)暗物(wù)质的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚(jù)集(jí)在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来(lái)越多的(de)研究人(rén)员开始相信暗(àn)物质的存(cún)在。科学(xué)家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不是唯一可(kě)以解释这个现(xiàn)象的原(yuán)因。在一项新的研(yán)究当(dāng)中，科(kē)学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反常的(de)星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河系不多(duō)，但是星系(xì)当中存(cún)在的恒(héng)星数量(liàng)却(què)只有银河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在(zài)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(jìn)的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运(yùn)动(dòng)是(shì)可以(yǐ)用正常的(de)物质和(hé)力学定律来解(jiě)释的。那么(me)又有人提出(chū)，也(yě)许(xǔ)该星系(xì)的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人(rén)类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可(kě)能在不同尺度(dù)空间(jiān)中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系(xì)尺度中的天体会沿(yán)着它们的(de)轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的(de)相互作用(yòng)则是不同的方式。对于在星(xīng)系团之间(jiān)的(de)相互作用，科(kē)学家还引入了外部场效(xiào)应的概(gài)念，指的是(shì)在数百万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大的(de)质(zhì)量之(zhī)间会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们(men)需要对(duì)现在(zài)的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让很多人认(rèn)为暗(àn)物质假说理论就此(cǐ)终结(jié)。但(dàn)是在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据(jù)，这(zhè)些理论证(zhèng)据是蒙(méng)德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的(de)星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的(de)普通质量都在星系(xì)的气(qì)体(tǐ)当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用(yòng)就会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅(fú)降低。所以在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所(suǒ)有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么(me)我们(men)通过什么来验证它的(de)质量区域到底是不是(shì)集中在(zài)中间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明(míng)显(xiǎn)地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨(jù)大的形(xíng)变。其实这些(xiē)星系(xì)本(běn)身(shēn)并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了(le)什么问题，而(ér)是这样(yàng)极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引(yǐn)力，会(huì)使身后更遥远星系(xì)的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个(gè)巨(jù)大的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹星系团观测的(de)时候，发现(xiàn)它的大质量区域(yù)并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是(shì)当(dāng)星团(tuán)发生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了(le)中间，暗物(wù)质则直(zhí)接通过了这个区(qū)域，并在两(liǎng)边形成了引力(lì)透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的引力透镜(jìng)研究也(yě)被(bèi)认为是暗(àn)物质(zhì)存(cún)在(zài)的迄今为止最好的理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还(hái)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，可(kě)见光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐(fú)射(shè)。其中红色(sè)的(de)部分表(biǎo)示温度较高的(de)区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分(fēn)离后的二值(zhí)图像进行连(lián)通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不应该是(shì)这样的(de)，而随(suí)着暗(àn)物(wù)质的增加(jiā)，一(yī)些(xiē)峰值的幅度会减小，才(cái)变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物(wù)质的(de)5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当(dāng)中恒星运动(dòng)所需(xū)要的暗物质比例是一(yī)致的。这就意味(wèi)着。

用了(le)一个简单的(de)理论框(kuāng)架，就(jiù)很好地(dì)解释了很(hěn)多不(bù)同的观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如(rú)果能够找到这种(zhǒng)粒子(zi)的存(cún)在，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒(lì)子到底(dǐ)是什么？科学家们已经衣服为什么晾完会臭，衣服为什么晾完会臭呢提出(chū)了(le)数十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子(zi)所需要的实验方式也不相同。在过(guò)去的几十年(nián)当(dāng)中，人(rén)类为(wèi)了寻找这(zhè)些(xiē)看不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗(àn)物(wù)质”，科(kē)学家们已经(jīng)进行了(le)超过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性(xìng)的发(fā)现，除了一个地方，意大利的(de)格(gé)兰萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着(zhe)地球(qiú)上最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家声称(chēng)观(guān)测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个(gè)有趣的事情。探测率会(huì)在每(měi)年的6月份达到峰(fēng)值，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年(nián)都(dōu)是一(yī)样。一些科(kē)学家(jiā)认为这可能(néng)是人类发现暗(àn)物质(zhì)的(de)第一个(gè)直接证(zhèng)据(jù)。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我们也(yě)在以这样的速度(dù)在(zài)穿越(yuè)着(zhe)暗(àn)物(wù)质流，这个(gè)过程(chéng)中会产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的(de)速度(dù)围绕太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年(nián)的时间，地球(qiú)围绕太(tài)阳的方向与太阳环(huán)绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的(de)时候(hòu)，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到(dào)了(le)最慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际的情况(kuàng)中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈(chéng)现了60度的(de)倾斜(xié)，但(dàn)是这(zhè)并不影响这(zhè)个(gè)理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科(kē)学家认为这可以用来解释(shì)，研究人员们所观测到(dào)的周期性信号。当然也(yě)可能(néng)有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号(hào)的差(chà)异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山(shān)上的积(jī)雪，甚至连(lián)意大利游客的数量(liàng)也符合这(zhè)个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立了(le)一(yī)个几乎相同的实(shí)验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在这(zhè)里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第一个实(shí)验室是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的(de)证据了。但是(shì)由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截(jié)至目前(qián)还无法(fǎ)提供相应的(de)数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它(tā)的宽视(shì)场(chǎng)仪器提(tí)供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯(sī)罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其(qí)中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗(àn)物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理(lǐ)中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研(yán)究发现，如果暗(àn)物质存在(zài)，它们(men)极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进(jìn)化(huà)的一个重要(yào)因(yīn)素。

如(rú)果这一(yī)理(lǐ)论得到进一(yī)步的(de)证实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当中的(de)暗物质会不会(huì)意(yì)味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个(gè)角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过这(zhè)样的效应创造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的(de)大前提是要(yào)先找到暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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