宇宙是“人(rén)为制造”的(de)？为何会存(cún)在(zài)科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们(men)在(zài)过(guò)去的(de)几十(shí)年当(dāng)中(zhōng)进行了(le)超过50次的长期实验，但(dàn)是(shì)却(què)没有发现任何(hé)的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有(yǒu)引力定律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运(yùn)动的规(guī)律。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们(men)发现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们(men)就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体(tǐ)通过引力在(zài)摄动它(tā)的(de)轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就通过天(tiān)王(wáng)星(xīng)运行轨道(dào)的异常(cháng)，推(tuī)算(suàn)并且发现(xiàn)了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是应(yīng)用万(wàn)有引(yǐn)力定律所取得(dé)重大天文成就的例子。但(dàn)是这些发(fā)现(xiàn)都(dōu)是在恒星系统的(de)尺度(dù)当中(zhōng)，可(kě)当(dāng)我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度(dù)，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家弗(fú)里茨(cí)兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的(de)质量。这是一个(gè)由数千个星系所组成的(de)巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系(xì)团的质量一般(bān)会(huì)使用(yòng)到两种方法，当两种(zhǒng)方法结(jié)果一致(zhì)，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团(tuán)中的(de)各个星系(xì)相对于星系团的(de)运动速度。当测量结果出来(lái)之后，兹(zī)威基(jī)彻(chè)底懵了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了(le)，或(huò)者说这(zhè)99%的(de)质量并不以可(kě)见光的形式所(suǒ)存在(zài)，我(wǒ)们无(wú)法看到。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速度的(de)过(guò)程中(zhōng)，兹威基发现星系(xì)团中(zhōng)很多星系的速度比(bǐ)理论上要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星系的(de)质量所产生的引力是无法(fǎ)将它(tā)们束缚在星系团内的，它们(men)早就应(yīng)该(gāi)被抛出(chū)星系(xì)团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力(lì)量来源(yuán)于(yú)某(mǒu)种隐形的物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占(zhàn)据(jù)着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时(shí)的人们(men)对这样(yàng)的(de)一种说法不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但(dàn)是他们观(guān)测的结果(guǒ)却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的(de)恒(héng)星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学家们(men)会使用(yòng)一种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是(shì)测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系(xì)中心的(de)距离(lí)，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果(guǒ)出(chū)现异常的结果(guǒ)，就认为是(shì)由(yóu)暗物(wù)质(zhì)的力量进入其中(zhōng)。

于是(shì)科学(xué)家们通过射电望远(yuǎn)镜测(cè)量了(le)距离星(xīng)系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学(xué)定律。我们(men)的太阳(yáng)系也不例外，太阳系(xì)位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有(yǒu)引力(lì)定律进行计(jì)算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银河(hé)系(xì)旋转，这个实际速度远远大(dà)于(yú)理论速度，那么产生以上(shàng)这种向(xiàng)心(xīn)加速度的原(yuán)因(yīn)很可能就是存(cún)在(zài)着一(yī)种(zhǒng)我们看不到(dào)的物质(zhì)，是这(zhè)些(xiē)暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集(jí)在了(le)一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒(héng)星(xīng)轨(guǐ)道(dào)的速度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物质的质量占整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在(zài)一(yī)项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会(huì)出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发(fā)现了一(yī)个(gè)反(fǎn)常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但(dàn)是星系当中(zhōng)存在的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论(lùn)上，该星系(xì)必(bì)须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析(xī)。但(dàn)是科学家(jiā)们使用最先进的望(wàng)远镜对其进(jìn)行了40个小时(shí)的详细(xì)测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星运动(dòng)是(shì)可以用正常的物质和力学(xué)定(dìng)律来(lái)解释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被附近的(de)另一个(gè)大星系(xì)剥(bō)离了(le)。奇怪的是(shì)，它的(de)附近没有任何(hé)星(xīng)系(xì)存在。造成这些(xiē)现(xiàn)象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类(lèi)对引(yǐn)力的(de)理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作(zuò)方(fāng)式是不同的(de)，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们(men)所理解的方(fāng)式(shì)运(yùn)动(dòng)。但是(shì)上升到(dào)星(xīng)系(xì)和(hé)星团的尺度，引力(lì)之间的相互(hù)作用则是不同的方式。对(duì)于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家还引入了外(wài)部场效应(yīng)的(de)概念，指的(de)是在数百万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对现在的物(wù)理定律进行修正，这些发现也让很多人(rén)认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光年的(de)子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在(zài)星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生碰撞的时(shí)候(hòu)，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系团大部分的质(zhì)量将位于(yú)所有这些气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那么我们(men)通过什(shén)么来验证它的质(zhì)量区域到底是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可以明显地看到很多(duō)星系(xì)似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和我们地(dì)球上的观(guān)测者之间(jiān)。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大(dà)质(zhì)量的东西(xī)的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能(néng)是超(chāo)大质量的(de)黑洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子弹星系团观(guān)测(cè)的时(shí)候，发现它的(de)大质(zhì)量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全部(bù)的碰撞时，可(kě)被观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接(jiē)通过(guò)了这个(gè)区域，并在两边形成(chéng)了引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究(jiū)也被认(rèn)为(wèi)是暗物质存在的(de)迄今为止最好(hǎo)的理论证据(jù)。

除此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇(yǔ)宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空(kōng)间(jiān)背(bèi)景上留下了(le)各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的部分表(biǎo)示(shì)温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则表示相对(duì)较冷的(de)区域(yù)，但实际(jì)上它们(men)之间(jiān)的(de)温差只有万分(fēn)之一。

科学家(jiā)们通过对(duì)前景背景分离后的二值(zhí)图像进行连(lián)通域提取和标(biāo)记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的(de)幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐(fú)射(shè)的测量(liàng)值，我们需要(yào)的暗物质大(dà)约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍。这个(gè)数字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了(le)一个简单的理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地解(jiě)释了很多(duō)不同的(de)观测结(jié)果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着(zhe)某种类型的粒(lì)子(zi)，它们不参与任(rèn)何其(qí)他的电(diàn)磁作用，只通过(guò)引力来(lái)相互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这(zhè)种粒(lì)子的存(cún)在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经(jīng)提出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不同的目标粒子所需(xū)要(yào)的实验方式也不相同。在过去的(de)几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了(le)寻(xún)找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗物(wù)质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进(jìn)行(xíng)了超过50次(cì)的实验，却(què)没(méi)有任何(hé)实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大(dà)的(de)地(dì)学实验室，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事(shì)情。探测率会(huì)在每年的6月(yuè)份达(dá)到(dào)峰值(zhí)，然后(hòu)在11月降到最低(dī)，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科学(xué)家认为这可能是人(rén)类发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围(wéi)绕(rào)着(zhe)银河系进行移动，那么(me)如果暗物质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味着(zhe)我们(men)也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的(de)振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕银河系的(de)方向是一致的，而(ér)另(lìng)外半年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时候(hòu)，地球(qiú)与太(tài)阳的方向正好达到(dào)完全一(yī)致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物(wù)质(zhì)流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现了60度的(de)倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影响(xiǎng)这个理论的(de)有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研(yán)究人员(yuán)们所观测(cè)到的(de)周期(qī)性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造(zào)成(chéng)这种(zhǒng)年度(dù)周期信冀g是河北哪里的车牌号的差(chà)异也可(kě)能(néng)是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积(jī冀g是河北哪里的车牌)雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符合这个周(zhōu)期(qī)的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又在南半(bàn)球建立了(le)一(yī)个几乎相同的(de)实验(yàn)室，这里的(de)季节(jié)与之前的实(shí)验室正好相反，而在这冀g是河北哪里的车牌里，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流的运(yùn)动特征和第一个实验室(shì)是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如(rú)果在(zài)这里(lǐ)可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于(yú)这个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成(chéng)不久，所以截至(zhì)目前还无法提供相应(yīng)的数据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台(tái)新的(de)望远镜，这台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的(de)宽(kuān)视场仪器提供(gōng)的视野是(shì)哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中一个关(guān)键(jiàn)的用途就(jiù)是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测的结(jié)果，我(wǒ)们只(zhǐ)能(néng)拭目以(yǐ)待(dài)了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在，它们(men)极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的(de)一个重要(yào)因素。

如果这(zhè)一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗物质会(huì)不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星(xīng)上(shàng)，暗(àn)物质正在通(tōng)过这样的效应创造生(shēng)命。当然(rán)，这(zhè)些推论的(de)大前提是要先找到暗(àn)物(wù)质存在的实际证据。那么(me)小伙伴们(men)，你们觉得(dé)暗物质到底存不存(cún)在(zài)呢(ne)？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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