宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什(shén)么？人类为(wèi)了寻找暗物(wù)质存在的(de)证据，科(kē)学(xué)家(jiā)们在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过(guò)50次(cì)的长期实验，但是却(què)没有发现任何的(de)有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的(de)自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动(dòng)的规(guī)律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学(xué)家们发现(xiàn)某些天体运(yùn)行轨道出现异(yì)常，不符合万有引力(lì)定律的时候，他们就会知道，周围一(yī)定有(yǒu)未知的(de)天体通过(guò)引力在摄动它的轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶就通过(guò)天王星(xīng)运行轨道的(de)异常，推(tuī)算并且发现了(le)海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文成(chéng)就的例子。但是(shì)这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或(huò)者是星团的(de)尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后发星(xīng)系团的质量。这是一个(gè)由(yóu)数(shù)千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这(zhè)些星系(xì)被引力(lì)束缚(fù)在一起。测量(liàng)星系团的质量一般(bān)会(huì)使用到两(liǎng)种方法，当两种方(fāng)法结果一四氧化三铁铁几价氧几价，骂人三氧化二铁什么意思致，就可以确(què)定(dìng)其质量的(de)范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据(jù)是(shì)测量各(gè)个(gè)星系的光(guāng)度。

第二(èr)种是(shì)动(dòng)力(lì)学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各(gè)个星系相对于(yú)星系(xì)团的运动速度(dù)。当测量(liàng)结果(guǒ)出来(lái)之后(hòu)，兹(zī)威基彻(chè)底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了(le)，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异(yì)的是，在测量(liàng)速(sù)度的过(guò)程中，兹威基发(fā)现星系团(tuán)中很(hěn)多(duō)星系的(de)速度比(bǐ)理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星系的质量所产生的(de)引力(lì)是(shì)无法将它(tā)们束缚在星系团内的(de)，它们(men)早就应(yīng)该(gāi)被(bèi)抛出星系团(tuán)之外了，除(chú)非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们(men)却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部(bù)分的(de)质量。只是当时(shí)的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测(cè)仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒(héng)星在(zài)其轨(guǐ)道上的运行速度就会越(yuè)慢。但(dàn)是他(tā)们观测的结果却让人(rén)感到(dào)不(bù)可(kě)思议。

随着与中心距离的(de)增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系(xì)当(dāng)中如果没有足够大的质量(liàng)来吸(xī)引它们，这些外(wài)围(wéi)的(de)恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准的方法(fǎ)来(lái)解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测(cè)量星系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离(lí)星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度。如(rú)果出(chū)现异常的结果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗物质(zhì)的力量进入(rù)其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测(cè)量(liàng)了距离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于(yú)银河(hé)系的第(dì)三(sān)悬臂(bì)之上，距离(lí)银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年(nián)，根据(jù)万有(yǒu)引力定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太(tài)阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论(lùn)速度(dù)，那么产生以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速(sù)度的原因很可能就是存(cún)在着一种(zhǒng)我们(men)看不到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物(wù)质的引力效应(yīng)将星系聚集在了(le)一起。

也(yě)是从这(zhè)时开始(shǐ)，越(yuè)来(lái)越(yuè)多的研(yán)究人员开(kāi)始相信暗(àn)物质的(de)存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在(zài)星(xīng)系当中暗物质的(de)质(zhì)量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物(wù)质并不(bù)是唯一可(kě)以解释(shì)这个现(xiàn)象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出(chū)现速度上(shàng)的(de)微小差异。另外，天文学家还发现了(le)一(yī)个(gè)反常的(de)星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河系不多，但是星系当(dāng)中存在的(de)恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系必(bì)须存(cún)在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的(de)。那(nà)么(me)又有人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星(xīng)系存在(zài)。造成这些现(xiàn)象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一种可(kě)能就(jiù)是(shì)人类对引力(lì)的(de)理解还不(bù)够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的(de)工作方式是不同的(de)，这(zhè)意(yì)味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理解的(de)方式运(yùn)动。但是(shì)上升到星(xīng)系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不(bù)同的方式。对于(yú)在(zài)星系团(tuán)之间的相(xiāng)互作用，科学(xué)家还引入了外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的(de)是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼(bǐ)此特殊(shū)的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这意味(wèi)着我们需要对(duì)现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发现(xiàn)也让很多人认为暗(àn)物质假说(shuō)理论就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗物(wù)质(zhì)存在的其(qí)他的理论证据，这(zhè)些(xiē)理论证据(jù)是蒙德理论所没(méi)法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的(de)星系(xì)团所组(zǔ)成(chéng)，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系的(de)气体当中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的相(xiāng)互(hù)作用就会(huì)导致(zhì)温度的急(jí)剧升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分(fēn)的(de)质量将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我(wǒ)们(men)通过什么来验证它(tā)的质量区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当中第一张全彩(cǎi)的(de)高清照片，在照片中我们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的(de)形变。其实这(zhè)些(xiē)星系本身(shēn)并(bìng)不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么(me)问题，而(ér)是(shì)这样极遥远的(de)天体和我(wǒ)们地球上的观(guān)测者(zhě)之间。被(bèi)一个质量超级(jí)巨大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的(de)光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的(de)天体可能是(shì)超大质量的黑洞(dòng)或者是(shì)暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团(tuán)观测的时(shí)候，发现它的(de)大(dà)质(zhì)量区域并不是(shì)在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好的解释方(fāng)法(fǎ)就是当星团(tuán)发生全部的(de)碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗(àn)物质则直(zhí)接通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星(xīng)系团(tuán)的(de)引力透(tòu)镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的(de)迄今(jīn)为止最好的理论(lùn)证据(jù)。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后(hòu)，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的(de)微波辐射(shè)。其中红色的部(bù)分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则(zé)表示相对较(jiào)冷的(de)区域，但实际上它们(men)之间的温差只有(yǒu)万(wàn)分(fēn)之(zhī)一(yī)。

科学家们通(tōng)过对前景背(bèi)景分离后的二值(zhí)图(tú)像进行连通(tōng)域(yù)提取和标记之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起(qǐ)来(lái)不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一些峰值(zhí)的幅度(dù)会减小，才(cái)变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要(yào)的(de)暗物质大约是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比(bǐ)例是一(yī)致的(de)。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了(le)一个简单(dān)的(de)理(lǐ)论框架，就很好地(dì)解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物(wù)质的本(běn)质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的(de)粒子，它(tā)们不参与(yǔ)任何其他的电磁(cí)作用，只通过引力(lì)来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗(àn)物质存在的(de)实际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是(shì)什么？科学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需要的实验(yàn)方式也(yě)不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的(de)实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山下(xià)1400米处(chù)的地(dì)下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏(cáng)着地球上最大的地学(xué)实(shí)验室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼(lóu)高的(de)探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科学家(jiā)声称观测到了某(mǒu)种信号。经过(guò)了20多年(nián)的数据收集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一(yī)样。一(yī)些科学家认为这(zhè)可能是(shì)人类发现暗物(wù)质的第一个(gè)直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信号(hào)呢(ne)？刚才我们讲了太阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么(me)如果暗物质(zhì)存在(zài)宇宙当中，这意味着(zhe)我们(men)也在以这样的速(sù)度(dù)在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方(fāng)向是一致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达(dá)到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在(zài)实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现了60度(dù)的(de)倾斜，但是(shì)这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至连意大利(lì)游客(kè)的数量(liàng)也符(fú)合这(zhè)个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个(gè)几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动特(tè)征(zhēng)和第一个实验(yàn)室是一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里可(kě)以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常(cháng)有力(lì)的证(zhèng)据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截(jié)至目前还(hái)无法提(tí)供相应的数据支(zhī)持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中(zhōng)一个关(guān)键的用途就是探索(suǒ)暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心(xīn)的(de)科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可(kě)能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物(wù)质效应，会支(zhī)持(chí)宇宙当(dāng)中生命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步的(de)证实，那么(me)遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会(huì)不会意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个(gè)角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗(àn)物质正在通(tōng)过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提(tí)是要先找(zhǎo)到暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的实际证(zhèng)据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的(de)支(zhī)持是我更新的动(dòng)力！

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