宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无(wú)法(fǎ)解释的(de)“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什(shén)么(me)？人类为了(le)寻找暗(àn)物质存在的(de)证据(jù)，科学家(jiā)们在过去的几(jǐ)十(shí)年当中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但(dàn)是(shì)却(què)没有发现任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然(rán)哲(zhé)学(xué)数学原理(lǐ)一(yī)书(shū)中，埃(āi)萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙(zhòu)中天体运动的(de)规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合万有引力(lì)定律的时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的(de)天体(tǐ)通(tōng)过引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异(yì)常，推算并(bìng)且发(fā)现(xiàn)了(le)海王星的(de)存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就的例(lì)子。但是(shì)这些发现都(dōu)是(shì)在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是星团的(de)尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物(wù)理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在(zài)研究(jiū)和(hé)测(cè)量(liàng)后(hòu)发星系团的质(zhì)量。这是(shì)一个(gè)由数千个(gè)星系所组成的巨大星系(xì)团，这些(xiē)星(xīng)系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会(huì)使(shǐ)用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结(jié)果一(yī)致，就可(kě)以(yǐ)确定其(qí)质量的范围。

第(dì)一种是(shì)获得其"光(guāng)度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的(de)光度。

第二种是动力学(xué)质(zhì)量的计算，是利用光(guāng)谱红移(yí)测量星系团中的各个星(xīng)系(xì)相对于星系团的运(yùn)动速度。当(dāng)测量(liàng)结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意(yì)味(wèi)着(zhe)，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质(zhì)量并不(bù)以可(kě)见光的(de)形式所(suǒ)存(cún)在，我们(men)无法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异的是，在测(cè)量速(sù)度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很(hěn)多(duō)星(xīng)系的(de)速度比理(lǐ)论(lùn)上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系(xì)的质量(liàng)所(suǒ)产生的引力是(shì)无(wú)法将它们束缚在(zài)星(xīng)系团内(nèi)的(de)，它们早就应该被抛出星系(xì)团之(zhī)外了，除非(fēi)有一(yī)种神(shén)秘的(de)力(lì)量(liàng)在起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不(bù)可见的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是(shì)当时的人们对(duì)这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个(gè)词才再一次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的(de)恒星运动。理论上来(lái)说，距(jù)离中心越远的恒(héng)星在其轨道(dào)上的(de)运行速(sù)度(dù)就(jiù)会(huì)越(yuè)慢。但是他们(men)观(guān)测的结果却让人感到(dào)不可(kě)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(gēn)据牛顿的(de)万有引力(lì)定律，在星系(xì)当中(zhōng)如果没(méi)有足(zú)够大(dà)的质量来(lái)吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标(biāo)准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物质的(de)存(cún)在，这种方法就是测(cè)量星(xīng)系当中(zhōng)气(qì)体在X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心的(de)距离，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转速度。如(rú)果出现异(yì)常的结果，就认为是(shì)由(yóu)暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜测量了(le)距离星系(xì)中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发现它们(men)的(de)旋转速度并不符合牛顿(dùn)的(de)力学定(dìng)律(lǜ)。我们(men)的太(tài)阳系也不例(lì)外(wài)，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距(jù)离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕(rào)银河(hé)系旋转，这(zhè)个实(shí)际速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那么产生以上(shàng)这种向(xiàng)心(xīn)加速度的原因很可能就(jiù)是(shì)存在着一种我(wǒ)们(men)看不到的物质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了一起。

也(yě)是从这(zhè)时开始，越来(lái)越多的研究人(rén)员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在(zài)一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学(xué)家(jiā)还发(fā)现了一(yī)个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银河系(xì)不多，但(dàn)是星系当中存在的恒(héng)星(xīng)数量却只有银河(hé)系的千(qiān)分(fēn)之(zhī)一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学(xué)家(jiā)们使用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了40个(gè)小时的详细测量(liàng)之后(hòu)，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常的物质(zhì)和力(lì)学定律(lǜ)来解(jiě)释的。那么又(yòu)有人(rén)提(tí)出，也许(xǔ)该星(xīng)系的(de)暗物质，已经被附(fù)近的另(lìng)一个大星系剥(bō)离了。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近没有任何星系(xì)存在。造成(chéng)这些现象的(de)除了暗(àn)物质的(de)假说之外(wài)，另一种可能就是人类(lèi)对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很(hěn)可(kě)能在(zài)不(bù)同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的(de)，这意(yì)味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会(huì)沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的(de)方(fāng)式运动。但是(shì)上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理定律进行修正，这(zhè)些(xiē)发现(xiàn)也让很(hěn)多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德(dé)理论所没(méi)法解(jiě)释(shì)的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)，由两个碰撞的星(xīng)系团(tuán)所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分(fēn)的普通质量都在星系(xì)的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际(jì)气体的相互作用就会(huì)导致(zhì)温度的急剧升高(gāo)，速(sù)度(dù)大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部(bù)分的质量将位于(yú)所有这些气体所在的(de)中间(jiān)区域。那(nà)么我们通过什么(me)来(lái)验(yàn)证它的质量区域到底(dǐ)是不(bù)是集(jí)中在(zài)中间(jiān)呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高(gāo)清(qīng)照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地(dì)看到很(hěn)多星(xīng)系似(shì)乎被(bèi)拉伸产生了巨大(dà)的形(xíng)变。其实这(zhè)些星系本身并(bìng)不是真的被扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥(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(xiào)应。这(zhè)个巨(jù)大(dà)的天体(tǐ)可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系(xì)团观(guān)测的时候，发现(xiàn)它的(de)大质量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以最好的解释(shì)方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的(de)质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系(xì)团(tuán)的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的(de)理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过(guò)了130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间(jiān)背(bèi)景上留(liú)下了各相(xiāng)同性的微波辐(fú)射。其(qí)中伊拉克是不是被灭国了红色的(de)部分表示温度(dù)较高的区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示伊拉克是不是被灭国了相(xiāng)对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科(kē)学家们通过对前景(jǐng)背景(jǐng)分离后的(de)二值图(tú)像进行连(lián)通域提(tí)取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有暗物(wù)质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而(ér)随(suí)着暗物质的增加(jiā)，一(yī)些峰(fēng)值的幅度会减小，才(cái)变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物(wù)质大约是(shì)普通(tōng)物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当(dāng)中恒(héng)星(xīng)运(yùn)动所需要(yào)的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就(jiù)很好地解释了(le)很多不(bù)同的观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们(men)不参与任何其他的电磁(cí)作用(yòng)，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在(zài)，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们(men)已(yǐ)经(jīng)提(tí)出了数十种的假想目(mù)标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所(suǒ)需要的(de)实验方(fāng)式(shì)也不相同。在过(guò)去的几十年(nián)当中，人(rén)类为了寻找这些(xiē)看不见、摸(mō)不到(dào)，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们已经进行了超过(guò)50次的实验(yàn)，却没(méi)有任何(hé)实(shí)质性的发现，除了(le)一(yī)个地方，意(yì)大(dà)利的格(gé)兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地(dì)学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗物质粒子的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据(jù)收(shōu)集(jí)，人们发现了一(yī)个有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会(huì)在(zài)每年的6月(yuè)份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每(měi)年都是一(yī)样。一些科学家认(rèn)为这可能(néng)是人(rén)类发(fā)现暗物质(zhì)的第一个直接(jiē)证据。

但是为(wèi)什么暗物质会(huì)产生(shēng)周(zhōu)期性的年(nián)度信(xìn)号(hào)呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银河(hé)系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太阳(yáng)进(jìn)行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地球与太(tài)阳(yáng)的方(fāng)向正好达到完(wán)全一致，这是(shì)理(lǐ)论(lùn)上地球穿越暗物质流(liú)最快的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系(xì)的平面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用(yòng)来解释(shì)，研(yán)究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也(yě)可能(néng)有其他(tā)的情(qíng)况，造成这(zhè)种年度周期(qī)信(xìn)号的差异也(yě)可能是温(wēn)度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大利(lì)游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南(nán)半球建立了(le)一个几乎相同的实(shí)验室，这里(lǐ)的(de)季节与之前的实(shí)验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流(liú)的运动(dòng)特(tè)征和第(dì)一个(gè)实验(yàn)室(shì)是一(yī)样的。

因此，如果在这(zhè)里可(kě)以(yǐ)得到相同的信号(hào)，就可以成为暗(àn)物(wù)质(zhì)所存在的非(fēi)常(cháng)有力的证据了。但是由于这个(gè)实验室(shì)刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供相(xiāng)应(yīng)的(de)数据支持。另(lìng)外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新的(de)望远镜，这台(tái)太(tài)空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜其中一(yī)个关键的用途(tú)就是探(tàn)索暗物质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了(le)。费米实验(yàn)室粒子天(tiān)体物理中(zhōng)心的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗(àn)物质效应，会(huì)支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或者说是生命(mìng)进化的(de)一个重(zhòng)要因(yīn)素(sù)。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证实(shí)，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物(wù)质会(huì)不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是(shì)要先找到暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是(shì)我更新的动(dòng)力！

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