宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在(zài)科(kē)学(xué)无法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证据，科学家们在过去的(de)几十年当中进行了(le)超(chāo)过50次(cì)的(de)长(zhǎng)期实验，但(dàn)是(shì)却没(méi)有发(fā)现任何(hé)的有效证据(jù)。除了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常(cháng)，不符合万(wàn)有引力定律(lǜ)的(de)时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星运(yùn)行轨道(dào)的(de)异常，推算并且(qiě)发(fā)现(xiàn)了(le)海王星的存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的发(fā)现都(dōu)是应(yīng)用万(wàn)有引力定律所取得重大天文成就的例子。但(dàn)是这(zhè)些发现都(dōu)是在(zài)恒星系统的(de)尺度(dù)当中，可当我(wǒ)们上(shàng)升到星系或者是星团(tuán)的(de)尺度(dù)，事情就开(kāi)始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学(xué)家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究(jiū)和(hé)测量后发星(xīng)系(xì)团(tuán)的(de)质量。这(zhè)是(shì)一(yī)个由数千个星系所组成的巨大星(xīng)系团(tuán)，这些(xiē)星(xīng)系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的(de)质量一般会使用到两种方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结果一致(zhì)，就可以确定其(qí)质量(liàng)的范围。

第一种是获(huò)得其"光(guāng)度学的质量"，需(xū)要(yào)的数(shù)据是(shì)测量各(gè)个星(xīng)系的(de)光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的(de)各个星(xīng)系相(xiāng)对(duì)于星系团的运(yùn)动速度。当测(cè)量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团中(zhōng)很多星系(xì)的速度比理(lǐ)论上要快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的(de)运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星系的质(zhì)量所产生的(de)引力是无法将它们(men)束缚在(zài)星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除(chú)非(fēi)有一(yī)种神秘的(de)力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源(yuán)于某种隐形(xíng)的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的(de)暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这(zhè)样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观(guān)测仙(xiān)女座星(xīng)系(xì)中的恒星运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离中心越(yuè)远的恒星在其(qí)轨道上的(de)运行速(sù)度就会越慢。但(dàn)是他们观(guān)测的结果却让人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎(hū)保持(chí)不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如果没有(yǒu)足(zú)够大的(de)质量(liàng)来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们(men)会使用一种相对标准的方法来(lái)解释(shì)暗物质(zhì)的存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就(jiù)认为是(shì)由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学(xué)家们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量(liàng)了(le)距离星系中心更(gèng)远距离(lí)的氢元素，发现它(tā)们的旋(xuán)转速度并不符合(hé)牛顿(dùn)的力(lì)学(xué)定律。我们的(de)太阳(yáng)系也不例外，太阳系位(wèi)于(yú)银(yín)河系的第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银(yín)河(hé)系(xì)旋转，这个实(shí)际速度远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那(nà)么产生以(yǐ)上这种向心(xīn)加速度(dù)的原因很(hěn)可能(néng)就是存在着一种我们(men)看不到的(de)物质，是这些暗(àn)物(wù)质的引(yǐn)力效(xiào)应将(jiāng)星(xīng)系(xì)聚集在了一(yī)起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究人员(yuán)开(kāi)始(shǐ)相信暗物质的存在。科学(xué)家根(gēn)据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估(gū)算(suàn)在星系当中暗物质(zhì)的(de)质量(liàng)占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力(lì)效应的遥远恒(héng)星之间，也(yě)会出(chū)现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存在暗物质(zhì)，否则(zé)就(jiù)会分崩离析(xī)。但是(shì)科(kē)学(xué)家们使用(yòng)最(zuì)先进的(de)望远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量(liàng)之后，发(fā)现星(xīng)系中的恒星运动(dòng)是(shì)可(kě)以用正常的物质和力学定(dìng)律来(lái)解释的(de)。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的(de)除了暗物质(zhì)的(de)假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就(jiù)是(shì)人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在(zài)不同尺度(dù)空间(jiān)中的工作方式是(shì)不同的(de)，这意味着在行星系尺度(dù)中的(de)天体会沿(yán)着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方(fāng)式运动。但(dàn)是上(shàng)升到(dào)星系和(hé)星团的尺度，引力(lì)之(zhī)间的相互作(zuò)用则是不(bù)同的方式(shì)。对于在星系团(tuán)之间的相互(hù)作(zuò)用，科学家还引入了外部(bù)场(chǎng)效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意(yì)味着我们需要对(duì)现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也(yě)让很多人认为暗物质(zhì)假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于(yú)暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这(zhè)些理论证据是(shì)蒙德理论所没法解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样(yàng)的星(xīng)团，它们大部分的普通(tōng)质(zhì)量都在星系(xì)的气体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰撞的(de)时(shí)候，星际(jì)气(qì)体的相(xiāng)互作用就(jiù)会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所以在(zài)理论(lùn)上(shàng)，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星系团(tuán)大部分的质(zhì)量将位于所有这些(xiē)气(qì)体所在(zài)的中间区(qū)域。那(nà)么我们通过(guò)什么来验证(zhèng)它的质量区域到(dào)底是不(bù)是集中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全彩的高清(qīng)照片(piàn)，在照(zhào)片中我们可以明显地看到很(hěn)多星系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其实(shí)这些(xiē)星系本身并不是(shì)真的被扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地球上的(de)观测者(zhě)之间。被一个(gè)质量(liàng)超(chāo)级巨大的(de)天(tiān)体遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量(liàng)的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星系的光都发(fā)生(shēng)了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是(shì)引力透(tòu)镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对(duì)子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大质量区(qū)域并(bìng)不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是(shì)当(dāng)星团(tuán)发生(shēng)全部的(de)碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到(dào)的质量气体被卡在(zài)了中间(jiān)，暗物(wù)质则(zé)直接通过了(le)这个区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜(jìng)研(yán)究也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可(kě)以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后(hòu)，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间背景上留下了(le)各相同性的(de)微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实(shí)际(jì)上它(tā)们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗物质(zhì)，图(tú)形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才(cái)变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物(wù)质大约(yuē)是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星(xīng)系当中恒(héng)星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的(de)观测结(jié)果。而暗物(wù)质的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相(xiāng)互作用。所以如(rú)果能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底是什(shén)么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻(xún)找这些不同的(de)目标(biāo)粒(lì)子所(suǒ)需要的实(shí)验方式也不相同。在过去的(de)几十年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找这些看(kàn)不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎(hū)不会与常规物质相(xiāng)互(hù)作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家们已经进(jìn)行(xíng)了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了(le)一个地方(fāng)，意大(dà)利的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的(de)探(tàn)测器，一(yī)直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声(shēng)称观测(cè)到了某种信号(hào)。经过(guò)了20多年的(de)数据收(shōu)集，人们(men)发现了一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中每年都是一(yī)样。一些科(kē)学家认为这(zhè)可能是人类(lèi)发现暗物(wù)质的第一个直接证(zhèng)据。

但是(shì)为(wèi)什么暗(àn)物质会产生周(zhōu)期性的(de)年(nián)度(dù)信号呢(ne)？刚才(cái)我们(men)讲了太(tài)阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物(wù)质(zhì)存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也(yě)在以这(zhè)样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年(nián)的(de)时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全一致，这是(shì)理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了(le)最慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不(bù)影响这个理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为这可(kě)以用来解释，研究人员们(men)所观(guān)测到的周期(qī)性信号(hào)。当然也(yě)可能有其他的(de)情况(kuàng)，造成这种年度周(zhōu)期信(xìn)号(hào)的差异也可能是(shì)温度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高(gāo)山上(shàng)的积(jī)雪，甚(shèn)至(zhì)连(lián)意大利游客的(de)数(shù)量也(yě)符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南(nán)半球(qiú)建立了(le)一(yī)个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验室(shì)，这里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同(tóng)的信(xìn)号(hào)，就(jiù)可以成(chéng特仑苏真比一般牛奶好吗，特仑苏纯牛奶真假对比)为(wèi)暗(àn)物质(zhì)所存(cún)在的非常有力(lì)的(de)证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前(qián)还(hái)无法提供相(xiāng)应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的(de)视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼(màn)太(tài)空望(wàng)远镜其中一个(gè)关键的用途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对(duì)于探测(cè)的结果，我(wǒ)们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验(yàn)室粒(lì)子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另(lìng)一种神(shén)秘(mì)的效应(yīng)，这(zhè)种暗(àn)物质(zhì)效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生(shēng)命进化(huà)的(de)一个重要(yào)因素。

如果这一(yī)理论得到进(jìn)一步的证实，那(nà)么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意(yì)味(wèi)着人类并不(bù)孤(gū)单(dān)呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落(luò)的(de)行(xíng)星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在(zài)通过这(zhè)样的效(xiào)应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这些推论(lùn)的(de)大前提是要(yào)先找(zhǎo)到暗物(wù)质存在(zài)的(de)实际证(zhèng)据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗(àn)物质到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的动力！

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