宇宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为何会存在(zài)科学(xué)无法解释的(de)“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科(kē)学(xué)家们在过去(qù)的几十(shí)年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现(xiàn)任(rèn)何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动(dòng)的规律。往后(hòu)的几(jǐ)百年来，当天文学家们(men)发现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨道(dào)出现异常，不符(fú)合(hé)万有引力(lì)定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过(guò)引(yǐn)力在摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶(yé)就(jiù)通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了(le)海王(wáng)星的(de)存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应(yīng)用(yòng)万有引力(lì)定律所取得重(zhòng)大(dà)天文(wén)成就的(de)例(lì)子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升(shēng)到(dào)星系或(huò)者是星团的(de)尺(chǐ)度，事(shì)情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量(liàng)后发星系团的质量(liàng)。这是(shì)一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星系被引力束缚在(zài)一(yī)起。测量星系团的(de)质量一般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范(fàn)围。

第一(yī)种是获得其"光度学(xué)的质(zhì)量(liàng)"，需要的数据(jù)是测量各(gè)个星系的光度(dù)。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星系(xì)团的运动速度。当测量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星(xīng)系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量(liàng)并(bìng)不以(yǐ)可见光的(de)形(xíng)式(shì)所(suǒ)存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团(tuán)中(zhōng)很多星系的速度(dù)比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的(de)运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星(xīng)系的(de)质(zhì)量所产生(shēng)的引力是(shì)无法将它(tā)们束(shù)缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出(chū)星系团之外了，除(chú)非有一种神(shén)秘(mì)的(de)力量在(zài)起作用，这(zhè)种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了(le)这(zhè)样部分不可(kě)见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但是(shì)它们却占据(jù)着(zhe)宇宙中(zhōng)绝(jué)大部(bù)分的质量。只是当时(shí)的人们(men)对这(zhè)样的一(yī)种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星(xīng)运动。理论(lùn)上来说，距离中(zhōng)心(xīn)越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨(guǐ)道上的运行(xíng)速(sù)度就(jiù)会(huì)越慢。但是他们观(guān)测的(de)结(jié)果却(què)让(ràng)人感到不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心(xīn)距离的增加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度几(jǐ)乎保持不变。可(kě)是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中如果(guǒ)没有足(zú)够大(dà)的质量来吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外围(wéi)的(de)恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家(jiā)们会使用一种相对标准的方法来解释暗物(wù)质的存(cún)在，这种方法就(jiù)是测量星(xīng)系(xì)当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的(de)距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度(dù)。如(rú)果(guǒ)出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力(lì)量进入其中(zhōng)。

于(yú)是科学(xué)家们通(tōng)过(guò)射电望(wàng)远镜(jìng)测量了距离星(xīng)系(xì)中(zhōng)心更远距离的氢元(yuán)素，发(fā)现它们的旋(xuán)转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系(xì)位(wèi)于(yú)银河系的第三悬(xuán)臂(bì)之上(shàng)，距离(lí)银(yín)河(hé)系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳(yáng)系的(de)运行速度应该是(shì)160千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银(yín)河(hé)系旋转，这个(gè)实际速度远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那么产生以上这(zhè)种向心加速度(dù)的原(yuán)因很(hěn)可能就是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看(kàn)不到的(de)物质(zhì)，是(shì)这些暗物质的引力效应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开始，越来越(yuè)多的研究人(rén)员开始相信(xìn)暗物(wù)质的(de)存在(zài)。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯(wéi)一可以解释这个现象的原因。在一项新(xīn)的(de)研(yán)究当(dāng)中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了一(yī)个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中(zhōng)存(cún)在的(de)恒星数量却(què)只有银河(hé)系的(de)千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家(jiā)们(men)使用最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个(gè)小时(shí)的详(xiáng)细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中的恒星运动是(shì)可以(yǐ)用正常的物质和力学定(dìng)律来解释的(de)。那么又有人(rén)提出，也(yě)许该星系(xì)的(de)暗物质，已经被附近(jìn)的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近(jìn)没有(yǒu)任何(hé)星系存在。造(zào)成(chéng)这些现(xiàn)象的除了暗(àn)物(wù)质的假说之外，另(lìng)一(yī)种可(kě)能就是人类对引力的(de)理(lǐ)解还不够全面，引力很可能(néng)在不同尺度空间中的(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(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但是上升到星(xīng)系(xì)和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的(de)相互(hù)作用，科(kē)学家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数(shù)百万光年的规(guī)模上，巨大(dà)的质量(liàng)之(zhī)间会(huì)产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这意味着我们需(xū)要对现在的(de)物理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质假说理(lǐ)论(lùn)就此终(zhōng)结。但是(shì)在(zài)宇(yǔ)宙当中还有关于暗(àn)物质存(cún)在的其他(tā)的(de)理论证据，这(zhè)些理(lǐ)论证据是蒙德理论(lùn)所没(méi)法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时池子为什么被封杀(shí)发生碰撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会导致(zhì)温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位(wèi)于(yú)所(suǒ)有这些气体所在的中(zhōng)间(jiān)区(qū)域。那么我们通过什(shén)么来验证(zhèng)它的质量区域(yù)到底是不是(shì)集中在中间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们(men)可以明(míng)显地看到(dào)很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地球上(shàng)的(de)观(guān)测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是超大质量的(de)黑(hēi)洞或(huò)者(zhě)是暗物(wù)质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被(bèi)观(guān)测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质则直接通过(guò)了这个(gè)区域，并在两边(biān)形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此之外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光(guāng)终于可(kě)以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多(duō)亿年之后(hòu)，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较(jiào)高的区(qū)域(yù)，蓝色则(zé)表(biǎo)示(shì)相对较冷的区域，但(dàn)实际上它(tā)们(men)之间(jiān)的(de)温差(chà)只有万分之一。

科学(xué)家(jiā)们通过(guò)对前景背景(jǐng)分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的(de)，而随着暗物质(zhì)的增加，一(yī)些峰值的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背景辐射的(de)测(cè)量值(zhí)，我们需(xū)要的暗物质大约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解释星(xīng)系(xì)当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质(zhì)比例(lì)是一致的。这(zhè)就意味(wèi)着(zhe)。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框架(jià)，就(jiù)很(hěn)好地解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的(de)本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们(men)不参与(yǔ)任何(hé)其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们(men)已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而(ér)要寻找这些(xiē)不同的目标粒(lì)子所需要的实(shí)验方式也不相同。在(zài)过去的(de)几十年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的(de)池子为什么被封杀实验(yàn)，却(què)没有任何实质性的发现，除了(le)一(yī)个地方，意(yì)大利的(de)格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高(gāo)的(de)探测器，一直致力于(yú)寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这(zhè)里的(de)科学家声称观测(cè)到了(le)某种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个(gè)有趣(qù)的(de)事情(qíng)。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性的年度信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕(rào)着银河(hé)系进行移(yí)动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也(yě)在(zài)以这样的(de)速(sù)度在穿越(yuè)着暗物质流，这(zhè)个过(guò)程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳(yáng)的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕(rào)银河系(xì)的方向(xiàng)是一致的，而另外半年(nián)则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到(dào)完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质(zhì)流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太(tài)阳系相对银河(hé)系的(de)平(píng)面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影(yǐng)响这(zhè)个(gè)理(lǐ)论的(de)有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释(shì)，研(yán)究人(rén)员们所(suǒ)观测到的周期性信(xìn)号。当(dāng)然(rán)也可能有其他的情(qíng)况，造成(chéng)这(zhè)种年(nián)度周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大(dà)利游客(kè)的(de)数量也(yě)符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一(yī)个几乎相同的实验室(shì)，这里的季节与之前的(de)实验室正(zhèng)好相反，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第一个实(shí)验室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这里可以(yǐ)得到相同的(de)信号，就可(kě)以成为(wèi)暗物(wù)质所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截至目前还无(wú)法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器(qì)提(tí)供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一(yī)个(gè)关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森(sēn)斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能(néng)拥(yōng)有另一种神秘(mì)的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说(shuō)是(shì)生命(mìng)进化的(de)一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不(bù)会意(yì)味着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落(luò)的行星上，暗物质正在通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是要先(xiān)找到暗物质(zhì)存在(zài)的(de)实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物(wù)质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的(de)动力！

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