宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的(de)？为何会存(cún)在科学(xué)无法解(jiě)释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了(le)寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在的证据，科(kē)学家们(men)在过(guò)去的几十年当中进行(xíng)了超(chkind用法固定搭配，kind用法总结āo)过50次(cì)的长期实验(yàn)，但是(shì)却(què)没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的规(guī)律(lǜ)。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道(dào)出(chū)现异常，不(bù)符合万有引力定(dìng)律的时(shí)候，他们就(jiù)会知道，周围一定(dìng)有未知的天(tiān)体通过引力在摄(shè)动它(tā)的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过(guò)天(tiān)王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但(dàn)是这些发现都是在(zài)恒星系(xì)统的(de)尺度当中，可(kě)当我们上升(shēng)到星系或者是(shì)星(xīng)团的(de)尺(chǐ)度，事(shì)情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究(jiū)和测量后发(fā)星系团的质量。这是一个由数(shù)千(qiān)个星(xīng)系(xì)所组成的(de)巨大星系团，这些(xiē)星系被引(yǐn)力束缚(fù)在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会(huì)使(shǐ)用到(dào)两种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其(qí)质量的(de)范围。

第一种是获(huò)得(dé)其"光度(dù)学的质量(liàng)"，需要(yào)的数(shù)据(jù)是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个(gè)星系相对于星系团的(de)运动(dòng)速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基(jī)彻(chè)底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是(shì)“光度(dù)学质量”的(de)400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星系(xì)团有99%的(de)质(zhì)量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存(cún)在(zài)，我(wǒ)们(men)无法看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的(de)速(sù)度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产生的(de)引力是无(wú)法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力(lì)量(liàng)在(zài)起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出(chū)了这样部(bù)分(fēn)不可见的暗质(zhì)，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反(fǎn)射(shè)光，但是(shì)它们(men)却占(zhàn)据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只是当时的人(rén)们(men)对(duì)这(zhè)样的(de)一(yī)种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒(héng)星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上的运(yùn)行(xíng)速度(dù)就会越慢。但(dàn)是(shì)他们(men)观测的结(jié)果却让(ràng)人感到不可思议。

随(suí)着与中心距(jù)离(lí)的(de)增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些(xiē)外(wài)围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这种现象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一(yī)种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗(àn)物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现异常的(de)结果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科(kē)学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离(lí)的氢(qīng)元素(sù)，发(fā)现它们的(de)旋(xuán)转速度并(bìng)不符合牛顿的力学(xué)定(dìng)律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进(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(yáng)系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银(yín)河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速(sù)度，那么产生(shēngkind用法固定搭配，kind用法总结)以上这种向心(xīn)加速度的原因很可(kě)能就是存在着一种我们(men)看(kàn)不(bù)到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物质的引力效(xiào)应将(jiāng)星(xīng)系(xì)聚集(jí)在了(le)一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存(cún)在(zài)。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占整个(gè)星(xīng)系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质并不(bù)是(shì)唯一可(kě)以(yǐ)解释这个现象的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究当中，科学(xué)家们(men)发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现(xiàn)速度(dù)上的微小差异。另外，天文(wén)学家还(hái)发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不(bù)多(duō)，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银(yín)河系的千分之一(yī)。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该(gāi)星系必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用最(zuì)先(xiān)进(jìn)的望(wàng)远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星系中(zhōng)的(de)恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)是(shì)可(kě)以用正常的物(wù)质(zhì)和力学定律(lǜ)来(lái)解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的(de)另一个大星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的是，它的(de)附(fù)近(jìn)没有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成这些现象的除了暗物质的(de)假说之外(wài)，另(lìng)一(yī)种(zhǒng)可能就是(shì)人类(lèi)对引力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在不(bù)同尺度空间(jiān)中的(de)工作方式(shì)是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿着它们(men)的轨道，按照我们(men)所理解的方式(shì)运动。但是(shì)上升到星(xīng)系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的相互作用(yòng)则是不同的方式。对于(yú)在星系团(tuán)之间的相互(hù)作用，科(kē)学家还(hái)引入了外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规(guī)模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊(shū)的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这意味着我们需(xū)要对现在的物(wù)理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很(hěn)多(duō)人认(rèn)为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其(qí)他的理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据，这些(xiē)理(lǐ)论(lùn)证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年的子(zi)弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团(tuán)所组成，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系(xì)的气体当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用就会(huì)导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团大(dà)部分的质量将位(wèi)于(yú)所有这些气(qì)体所在的中间区域(yù)。那么我们通(tōng)过什么来(lái)验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片(piàn)中(zhōng)我(wǒ)们可(kě)以明显(xiǎn)地看(kàn)到很(hěn)多星(xīng)系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形(xíng)变。其实这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们(men)地(dì)球上(shàng)的(de)观测者之(zhī)间。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星系的光都发生了(le)扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的(de)天体(tǐ)可能是(shì)超(chāo)大质量的黑洞或者是暗(àn)物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对子弹星系(xì)团观测的时候(hòu)，发现它的大(dà)质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的(de)质量气体被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物(wù)质则直接通(tōng)过了这个区域(yù)，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透(tòu)镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之(zhī)外，还(hái)有来自(zì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了(le)。经过了130多(duō)亿年之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性的微波辐射(shè)。其中红(hóng)色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的(de)区域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值(zhí)图像进行(xíng)连(lián)通域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗(àn)物(wù)质(zhì)，图形看起来不应该是(shì)这(zhè)样的，而(ér)随着暗(àn)物(wù)质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量值(zhí)，我们需要的暗物(wù)质大约是(shì)普(pǔ)通(tōng)物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释(shì)星系当(dāng)中(zhōng)恒星运(yùn)动(dòng)所需要的(de)暗物(wù)质比(bǐ)例是一致的。这就(jiù)意味着(zhe)。

用(yòng)了(le)一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好(hǎo)地(dì)解释了很多不同(tóng)的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中存(cún)在(zài)着某种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它们不参与任(rèn)何其他(tā)的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是(shì)什(shén)么？科学家们已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的(de)假想目标(biāo)，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不(bù)同的目标粒(lì)子所需要的实验方式也不(bù)相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经(jīng)进行了(le)超过50次的(de)实验，却没有任何实质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一(yī)个地方，意(yì)大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下(xià)矿井当中，藏着(zhe)地(dì)球上最(zuì)大的地学实验(yàn)室，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层楼高的探测(cè)器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里的科(kē)学(xué)家声称观测到了(le)某种信号(hào)。经过了20多年的(de)数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率(lǜ)会在(zài)每年(nián)的(de)6月份达到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家(jiā)认为(wèi)这可(kě)能是人类发现暗(àn)物质的第一个(gè)直接证据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物(wù)质会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕着银河系进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味(wkind用法固定搭配，kind用法总结èi)着我们也在以这(zhè)样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗物(wù)质流(liú)，这个过程中会产(chǎn)生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的(de)方向与太(tài)阳(yáng)环绕银河(hé)系的方(fāng)向是一致的(de)，而(ér)另外(wài)半年则与之相反。

而在(zài)6月份的(de)时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方(fāng)向正好达到完全(quán)一致，这是理论上(shàng)地(dì)球穿(chuān)越暗(àn)物质流最(zuì)快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对(duì)银(yín)河系(xì)的(de)平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用(yòng)来解释，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号。当然(rán)也可(kě)能有其(qí)他的情况，造成(chéng)这种年度周(zhōu)期(qī)信号(hào)的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游(yóu)客的数量(liàng)也符(fú)合这个周期的(de)规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家们又在(zài)南半球建立了一个(gè)几乎相同(tóng)的实(shí)验(yàn)室，这里的季节与之前(qián)的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过(guò)暗物质流的运动特征和第一(yī)个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗(àn)物(wù)质所存(cún)在(zài)的非常有力的(de)证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数(shù)据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希(xī)格(gé)雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其(qí)中一个关键的(de)用途(tú)就是(shì)探索暗物质背(bèi)后的奥秘(mì)，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物(wù)质存在(zài)，它们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的(de)诞生，或者说是生命进化的(de)一个重要因(yīn)素。

如果这一(yī)理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物质会(huì)不会意味(wèi)着人(rén)类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某个角落的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在(zài)通过(guò)这(zhè)样的效应创造生(shēng)命。当然，这(zhè)些推论(lùn)的(de)大(dà)前(qián)提是要先找到暗(àn)物质(zhì)存在的实(shí)际(jì)证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到(dào)底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新(xīn)的动力！

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