宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为何(hé)会(huì)存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是(shì)什么？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据(jù)，科学(xué)家们在过(guò)去的几十年(nián)当(dāng)中(zhōng)进行了超过50次(cì)的(de)长期实验，但(dàn)是却没(méi)有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一(yī)个地(dì)方(fāng)，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理(lǐ)一(yī)书中(zhōng)，埃(āi)萨克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年来，当天文学(xué)家们发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道(dào)出现(xiàn)异常(cháng)，不(bù)符合万有引力定律的(de)时候，他(tā)们就会知道(dào)，周围一定有未知的天体(tǐ)通(tōng)过(guò)引力在摄(shè)动它(tā)的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天(tiān)王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异(yì)常，推算并且发现了海(hǎi)王星(xīng)的(de)存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的(de)发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的(de)例子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都是在恒星系(xì)统(tǒng)的尺度当中，可当我们上(shàng)升(shēng)到星(xīng)系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开(kāi)始变得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研(yán)究和(hé)测量后发(fā)星系团的质量。这(zhè)是一个(gè)由数千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的质量一般会使用(yòng)到两种方(fāng)法，当(dāng)两种狗狗临死前为什么嚎叫，狗狗临死前放不下主人的表现方(fāng)法结果(guǒ)一(yī)致，就可以确定(dìng)其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测量(liàng)各个星系(xì)的(de)光度。

第二种是动(dòng)力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红(hóng)移测量(liàng)星系(xì)团中的各个(gè)星系相对于星系(xì)团的(de)运(yùn)动(dòng)速(sù)度。当(dāng)测量结果出来之后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的(de)质量消失(shī)了，或(huò)者说(shuō)这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可见(jiàn)光的形式所存(cún)在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的(de)过程中，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量(liàng)所产(chǎn)生(shēng)的引力(lì)是无法将它们束(shù)缚在星系(xì)团内的，它们早就(jiù)应该被抛(pāo)出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来(lái)源于(yú)某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对(duì)这样的一种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文(wén)学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星系(xì)中的恒(héng)星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离(lí)中心越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他们观测的(de)结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持(chí)不变(biàn)。可(kě)是根据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如果没有(yǒu)足(zú)够大的(de)质量来吸引它(tā)们(men)，这些外围(wéi)的恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们(men)会使用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释暗物质(zhì)的存(cún)在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜(jìng)测(cè)量了距离星(xīng)系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不(bù)符合牛顿的(de)力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河(hé)系的(de)第三(sān)悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引力定律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度(dù)远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那(nà)么产生以上这种向心加(jiā)速度的原(yuán)因很可能就是存在着(zhe)一种我们(men)看不到的(de)物质，是这些暗物质的(de)引力效应将星系聚(jù)集在(zài)了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系(xì)当中暗(àn)物(wù)质的质量(liàng)占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释(shì)这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会(huì)出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了(le)一(yī)个反常的星(xīng)系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的(de)恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系(xì)必须存在暗物(wù)质(zhì)，否则就会分崩(bēng)离析(xī)。但是科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的(de)详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常的(de)物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近的另一个大星系(xì)剥离了(le)。奇怪(guài)的是(shì)，它(tā)的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可(kě)能就是人类对引力的(de)理解还(hái)不够全面(miàn)，引力(lì)很(hěn)可能在(zài)不同(tóng)尺度空(kōng)间中的(de)工作(zuò)方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们(men)所理(lǐ)解的方(fāng)式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互作用则(zé)是不(bù)同(tóng)的方式(shì)。对(duì)于在星系团之间的(de)相互作用，科学(xué)家还引(yǐn)入(rù)了外部场效应的(de)概念，指的是在数(shù)百万光年的规模上，巨(jù)大(dà)的质量之(zhī)间(jiān)会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这(zhè)意味着我们(men)需要(yào)对现(xiàn)在(zài)的物(wù)理定律进(jìn)行修(xiū)正，这些发现也让(ràng)很(hěn)多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关(guān)于暗物质存在的(de)其他的理论(lùn)证据(jù)，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿(yì)光年的子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞的(de)星(xīng)系团(tuán)所组成(chéng)，类似(shì)这样的星团，它们大(dà)部分(fēn)的(de)普通质量都在星系的(de)气体当中。当星(xīng)团以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时(shí)候，星(xīng)际气(qì)体的相互作用(yòng)就会导致温度的(de)急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹星系团大部分的质量将(jiāng)位(wèi)于所有(yǒu)这(zhè)些气(qì)体所在的(de)中间区(qū)域。那么我(wǒ)们通过什么来验(yàn)证它的(de)质(zhì)量区域到底(dǐ)是(shì)不是集中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望(wàng)远镜(jìng)传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大的形(xíng)变。其实这些星(xīng)系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出(chū)了(le)什么问(wèn)题，而是这(zhè)样(yàng)极(jí)遥远的天体和我(wǒ)们地(dì)球上的观测(cè)者(zhě)之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质量的东(dōng)西(xī)的引力，会(huì)使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效(xiào)应。这个巨大(dà)的(de)天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是(shì)暗物(wù)质(zhì)。

所以(yǐ)当人们(men)对(duì)子弹星系团观测的时候(hòu)，发(fā)现(xiàn)它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方(fāng)法就(jiù)是当星(xīng)团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体(tǐ)被(bèi)卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系(xì)团的引力透镜(jìng)研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可(kě)见光终于可(kě)以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的(de)微波辐射(shè)。其(qí)中红(hóng)色的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较(jiào)冷的区(qū)域，但实(shí)际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们(men)通过(guò)对前景背景分离(lí)后的(de)二(èr)值图(tú)像进行连通域提取和标记(jì)之后发(fā)现，如(rú)果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来(lái)不应该(gāi)是这(zhè)样(yàng)的，而(ér)随(suí)着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值(zhí)，我们(men)需(xū)要(yào)的暗物(wù)质大约是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例是(shì)一(yī)致(zhì)的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解释了很多(duō)不同的观测结果。而暗(àn)物质(zhì)的本质就是宇宙(zhòu)当中存(cún)在着(zhe)某种类型(xíng)的粒(lì)子，它们不(bù)参与任何其他的电磁作用，只通过引力来(lái)相互(hù)作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒子(zi)的存在，就(jiù)相(xiāng)当于(yú)找到(dào)了暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数十(shí)种的假想目标(biāo)，而要寻找这(zhè)些不同的目标(biāo)粒(lì)子所需要(yào)的(de)实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质(zhì)相互作(zuò)用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已经进行了超过50次的实(shí)验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰(lán)萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层楼高(gāo)的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里的科(kē)学家声(shēng)称观测到了(le)某种信号。经过(guò)了20多年的数据(jù)收集(jí)，人们发现了一(yī)个(gè)有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年(nián)的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每(měi)年都是(shì)一(yī)样。一些科学家认(rèn)为这可能(néng)是人类发(fā)现(xiàn)暗(àn)物(wù)质的第一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如(rú)果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这(zhè)样(yàng)的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质(zhì)流(liú)，这个(gè)过程中会产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年的(de)时间(jiān)，地球围绕(rào)太(tài)阳的(de)方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是(shì)理论上地(dì)球(qiú)穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳(yáng)系(xì)相对银(yín)河(hé)系(xì)的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的狗狗临死前为什么嚎叫，狗狗临死前放不下主人的表现有效性。

因(yīn)此科学(xué)家认(rèn)为(wèi)这可(kě)以用来解(jiě)释，研究人(rén)员们所(suǒ)观(guān)测到的周期性(xìng)信号。当(dāng)然(rán)也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合这(zhè)个周(zhōu)期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又在南(nán)半球建立了(le)一个几(jǐ)乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里的季节(jié)与之前的实(shí)验室正好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质流的(de)运(yùn)动特征和第(dì)一个(gè)实验室是一样(yàng)的。

因此，如(rú)果在(zài)这(zhè)里可(kě)以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非(fēi)常有力(lì)的证据了。但是由于(yú)这(zhè)个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截(jié)至(zhì)目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用(yòng)途就是探(tàn)索暗物质背(bèi)后的奥秘，对(duì)于探测的结(jié)果，我(wǒ)们只能(néng)拭(shì)目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可(kě)能(néng)拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支(zhī)持(chí)宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个(gè)重要因(yīn)素。

如果这一理论(lùn)得(dé)到进(jìn)一步的证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的(de)暗物质会不会意味着人类并不孤(gū)单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这(zhè)样的(de)效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大(dà)前(qián)提是(shì)要先找到暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。那么(me)小伙伴们(men)，你们觉得(dé)暗物质到(dào)底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支持是(shì)我(wǒ)更(gèng)新的动力(lì)！

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