宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为(wèi)了寻(xún)找暗(àn)物质存在(zài)的证据(jù)，科学(xué)家们在(zài)过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然(rán)哲学数(shù)学(xué)原理一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规律。往后的(de)几百年来(lái)，当天文学家们发现(xiàn)某些天(tiān)体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他(tā)们就会知道(dào)，周围一定有未知的天体通过(guò)引力(lì)在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通过天(tiān)王星运行(xíng)轨道的异(yì)常，推算并且(qiě)发现了(le)海王(wáng)星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王星的(de)发现(xiàn)都是应用万有引力(lì)定律(lǜ)所取得(dé)重(zhòng)大天文成就的例(lì)子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数(shù)千个(gè)星系(xì)所组成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被引(yǐn)力(lì)束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系团(tuán)的质量一般会(huì)使用到两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以确定其(qí)质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种是获得(dé)其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是(shì)动力学质量(liàng)的计算，是(shì)利(lì)用(yòng)光谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团中的各个星系(xì)相(xiāng)对于星系团的(de)运动速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量”的(de)400倍。这意(yì)味着，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的质(zhì)量消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们(men)无法看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在测量速度的(de)过(guò)程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星(xīng)系的(de)速(sù)度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星系的质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法将(jiāng)它们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹(zī)维基(jī)提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却(què)占据(jù)着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这样(yàng)的一种说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物质”这个(gè)词才(cái)再一(yī)次出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福(fú)特(tè)在观(guān)测仙女(不负年华的意思是什么呢，不负春光不负年华的意思nǚ)座(zuò)星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说(shuō)，距(jù)离(lí)中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒(héng)星在其(qí)轨道上的运行速(sù)度就(jiù)会越慢。但(dàn)是他(tā)们(men)观测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着(zhe)与中心(xīn)距(jù)离的增加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变(biàn)。可是根据(jù)牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足够大的(de)质量(liàng)来吸引它(tā)们，这(zhè)些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。基于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们(men)会使用一种相对标(biāo)准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就(jiù)是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距(jù)离(lí)星系(xì)中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结果(guǒ)，就认(rèn)为(wèi)是由暗物(wù)质的力(lì)量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离(lí)的氢元素，发现(xiàn)它们(men)的旋转速度并(bìng)不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不(bù)例外(wài)，太阳系(xì)位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进行计(jì)算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银河系(xì)旋转，这个实际速度(dù)远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因(yīn)很可能就是存在着一种我们(men)看不到的物质，是(shì)这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了(le)一起。

也是从(cóng)这时(shí)开(kāi)始，越(yuè)来(lái)越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物(wù)质的质(zhì)量(liàng)占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解释(不负年华的意思是什么呢，不负春光不负年华的意思shì)这个现象的原(yuán)因。在一项新(xīn)的研(yán)究(jiū)当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之(zhī)间(jiān)，也(yě)会出(chū)现速度上的(de)微小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距(jù)离(lí)地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银河(hé)系不多，但是星(xīng)系当中存在的(de)恒星数量却(què)只有银河(hé)系的(de)千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗(àn)物(wù)质，否则就会(huì)分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个(gè)小时(shí)的详细测量之(zhī)后，发现星(xīng)系(xì)中的恒星运动(dòng)是可以用正常的物质和(hé)力学定律来解(jiě)释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的暗(àn)物质，已(yǐ)经(jīng)被(bèi)附近(jìn)的(de)另一(yī)个大(dà)星系(xì)剥离了。奇(qí)怪的是(shì)，它的(de)附近没有(yǒu)任何星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人类(lèi)对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能(néng)在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不(bù)同的，这(zhè)意味着在(zài)行星系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它(tā)们(men)的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运(yùn)动。但是上升到星(xīng)系和星团的(de)尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是(shì)在(zài)数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质(zhì)量(liàng)之间(jiān)会(huì)产生(shēng)对彼此特殊的(de)效(xiào)果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这(zhè)意(yì)味着我们需(xū)要(yào)对现(xiàn)在的物理定律进行修(xiū)正，这(zhè)些发现也让(ràng)很多人(rén)认为暗(àn)物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在(zài)宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这(zhè)些理论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论(lùn)所没法解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为(wèi)37亿光年(nián)的(de)子弹星系(xì)团，由两个碰撞的(de)星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的(de)气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星(xīng)际气体的相互(hù)作(zuò)用就会导致温度的急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分(fēn)的质量(liàng)将位(wèi)于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来(lái)验证它的质量(liàng)区域到底(dǐ)是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的(de)形变。其实这些星系(xì)本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么问题(tí)，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和我们(men)地球上的观(guān)测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的(de)引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可(kě)能是超大质量的(de)黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所以当人(rén)们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大(dà)质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释(shì)方法就是当(dāng)星团发生全(quán)部(bù)的碰撞时(shí)，可被观测到(dào)的(de)质量气体被卡在了(le)中间，暗物质则直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形(xíng)成(chéng)了引力(lì)透(tòu)镜。对(duì)子(zi)弹(dàn)星系团的(de)引力透镜研(yán)究也(yě)被认为是暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终(zhōng)于可(kě)以畅通无(wú)阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各(gè)相同性的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的(de)部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但(dàn)实际(jì)上(shàng)它们之间的(de)温差只有万(wàn)分(fēn)之一。

科学家们(men)通(tōng)过对前景背景分离后(hòu)的二值图(tú)像进行(xíng)连(lián)通域提(tí)取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是(shì)这样的，而(ér)随(suí)着暗物质的增加，一(yī)些峰(fēng)值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我(wǒ)们需要的暗(àn)物质(zhì)大约是(shì)普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星(xīng)系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗(àn)物质比例是一致的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了一(yī)个(gè)简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存在(zài)着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力(lì)来相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够(gòu)找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子到(dào)底是什(shén)么(me)？科学家(jiā)们已经提(tí)出了(le)数(shù)十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同。在(zài)过去(qù)的几(jǐ)十年当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物(wù)质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进(jìn)行了超(chāo)过50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现(xiàn)，除了(le)一个地方(fāng)，意大利的(de)格兰(lán)萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处(chù)的(de)地(dì)下矿井(jǐng)当(dāng)中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大的地学实验(yàn)室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层(céng)楼高(gāo)的探测器，一直致力(lì)于寻找暗(àn)物质(zhì)粒(lì)子的(de)周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学家声称观测到(dào)了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣(qù)的事情(qíng)。探(tàn)测率(lǜ)会在(zài)每年(nián)的6月份达(dá)到峰(fēng)值(zhí)，然后(hòu)在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年(nián)都是(shì)一样。一些科学家认为(wèi)这(zhè)可能是人类发现暗物质(zhì)的第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年(nián)度信(xìn)号(hào)呢？刚才(cái)我(wǒ)们(men)讲了(le)太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动(dòng)，那么如(rú)果(guǒ)暗物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物(wù)质(zhì)流(liú)，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕(rào)太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的(de)，而另外(wài)半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快(kuài)的时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好(hǎo)达到(dào)了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性(xìng)信(xìn)号。当然也可能(néng)有其他(tā)的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年度(dù)周(zhōu)期(qī)信(xìn)号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积(jī)雪，甚至连意(yì)大利游(yóu)客的数量也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了(le)一个几乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里的季节与之前(qián)的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的(de)运动(dòng)特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在(zài)这(zhè)里(lǐ)可以得到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可(kě)以(yǐ)成为暗物质所存(cún)在的(de)非常有力的证据了。但是由于(yú)这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法(fǎ)提供相应(yīng)的(de)数据支持(chí)。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜(jìng)，这台太(tài)空望远镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太(tài)空望远镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研究发现，如果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘(mì)的效(xiào)应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得到进一步的(de)证(zhèng)实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的暗物(wù)质会不会(huì)意味着(zhe)人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创造生命(mìng)。当然，这些(xiē)推论的(de)大前提是要先(xiān)找到暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的(de)支(zhī)持是我更新(xīn)的动(dòng)力！

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