宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在(zài)科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什么？人类(lèi)为了(le)寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)进(jìn)行了超(chāo)过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动(dòng)的规律。往后的(de)几百(bǎi)年来，当(dāng)天(tiān)文学家们发(fā)现某些天体运行(xíng)轨道出现异(yì)常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候(hòu)，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了(le)海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发现都是应用万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)所取得重大(dà)天文成就(jiù)的例子。但(dàn)是这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当我们上升到星系(xì)或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测(cè)量后(hòu)发星系(xì)团的(de)质(zhì)量。这是一(yī)个由数千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力(lì)束(shù)缚(fù)在一起。测(cè)量星系团(tuán)的质量一般会使用(yòng)到两种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的(de)范围(wéi)。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要(yào)的数(shù)据是测量(liàng)各个星(xīng)系的光度。

第二种是(shì)动力学质量的(de)计算，是利(lì)用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星系相对于(yú)星系团的运动(dòng)速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所(suǒ)存在，我们无(wú)法看到。最诡异(yì)的(de)是，在测(cè)量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星(xīng)系团中(zhōng)很多星系(xì)的速(sù)度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在星系团(tuán)内的，它们(men)早就(jiù)应该(gāi)被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来(lái)源(yuán)于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了(le)这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它(tā)们(men)却占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的(de)一(yī)种说法(fǎ)不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质(zhì)”这个(gè)词才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福(fú)特(tè)在观(guān)测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中(zhōng)心越(yuè)远的(de)恒星(xīng)在(zài)其轨道上的运(yùn)行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他(tā)们观测的(de)结果却让人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的(de)万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会使(shǐ)用一种相对(duì)标(biāo)准的方法(fǎ)来解释暗物质的(de)存在(zài)，这(zhè)种方法(fǎ)就(jiù)是测(cè)量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出(chū)现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于(yú)是科学家(jiā)们通过射电望远镜(jìng)测量(liàng)了距(jù)离星系中心更(gèng)远距(jù)离(lí)的氢元素，发现它们(men)的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)并不符合牛顿的力学(xué)定律(lǜ)。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系(xì)位于银河(hé)系的第(dì)三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银(yín)河系旋转，这个(gè)实际速(sù)度远远大于理论速度(dù)，那(nà)么产生(shēng)以上这(zhè)种向心加速度的原因很可(kě)能(néng)就是存(cún)在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的(de)引力效(xiào)应(yīng)将星系聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研究(jiū)人员开始(shǐ)相信暗(àn)物质(zhì)的(de)存在。科学(xué)家(jiā)根(gēn)据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在(zài)星系(xì)当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出(chū)现速度上的(de)微小差异(yì)。另(lìng)外，天(tiān)文学家还(hái)发现了一个反常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当中存(cún)在的恒星数量却只有银河系(xì)的千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发(fā)现(xiàn)星系中的恒(héng)星(xīng)运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学定(dìng)律来(lái)解释的。那么又(yòu)有人(rén)提出，也许该星系的(de)暗(àn)物质(zhì)，已经(jīng)被(bèi)附近的(de)另(lìng)一个大星系剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近(jìn)没有任(rèn)何星(xīng)系存在。造成这些(xiē)现象的(de)除了暗物(wù)质的(de)假说之外，另一种可能就是(shì)人(rén)类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可(kě)能在不同尺度(dù)空(kōng)间中的工作(zuò)方(fāng)式(shì)是不同的(de)，这意味(wèi)着在行星系(xì)尺度中的天(tiān)体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运(yùn)动(dòng)。但(dàn)是上升到星(xīng)系和星团的(de)尺度，引力之间的相互作用则是(shì)不(bù)同的方(fāng)式(shì)。对于在(zài)星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光年的规(guī)模上，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们需(xū)要(yào)对现在的物理定(dìng)律进行修(xiū)正，这些发(fā)现(xiàn)也(yě)让(ràng)很多人认为(wèi)暗物质假说理(lǐ100厘米等于多少分米，100厘米等于多少分米多少米)论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这些(xiē)理论(lùn)证据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法解(jiě)释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似(shì)这样的(de)星团，它(tā)们大部分的普(pǔ)通质量都(dōu)在星(xīng)系的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时(shí)候，星际气体的相(xiāng)互作用(yòng)就会导致(zhì)温(wēn)度的急(jí)剧升高，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量(liàng)将位(wèi)于所有(yǒu)这些(xiē)气体所在的中间区域。那么(me)我们通过(guò)什么来(lái)验证它的(de)质量区(qū)域(yù)到底是不是集中在(zài)中间呢(ne)？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到(dào)很多(duō)星系(xì)似乎被拉伸(shēn)产生了(le)巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身(shēn)并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们(men)地球上的观测者之间。被一(yī)个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这(zhè)个(gè)巨大(dà)的天体可(kě)能是超(chāo)大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大质量区(qū)域并(bìng)不是在中间，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释方(fāng)法就是(shì)当星团发(fā)生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到(dào)的质量气体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗(àn)物质则直接(jiē)通(tōng)过了(le)这个区域，并(bìng)在两边(biān)形成了引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力(lì)透镜研究也被(bèi)认为(wèi)是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光(guāng)终于(yú)可以畅通(tōng)无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了(le)各(gè)相同性的微(wēi)波辐射(shè)。其中红(hóng)色的(de)部(bù)分表示(shì)温度较高的(de)区域(yù)，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但实际上它(tā)们之间的温差(chà)只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前(qián)景背景分离后的(de)二值图像(xiàng)进行连通域(yù)提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中没有暗(àn)物质，图形(xíng)看(kàn)起来不应该是这(zhè)样(yàng)的(de)，而(ér)随着暗(àn)物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们(men)需要(yào)的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很(hěn)多不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何(hé)其他的(de)电磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力来相互(hù)作用。所以如果(guǒ)能够找到(dào)这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物质存在的实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是什(shén)么？科学(xué)家们已(yǐ)经提(tí)出了数十种的(de)假想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标(biāo)粒子(zi)所需(xū)要的(de)实验方式也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物(wù)质相(xiāng)互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已(yǐ)经进行(xíng)了超(chāo)过(guò)50次的实(shí)验(yàn)，却没有任何实质(zhì)性的(de)发(fā)现(xiàn)，除了一个地方，意(yì)大利(lì)的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学实验(yàn)室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了(le)某种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们(men)发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人(rén)类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是(shì)为什么暗(àn)物质会产生(shēng)周(zhōu)期性的(de)年(nián)度信号(hào)呢？刚才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕(rào)着银河系进行移动(dòng)，那(nà)么如(rú)果暗物质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我们也在以(yǐ)这样的速(sù)度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕银河系的方向是(shì)一(yī)致的，而(ér)另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时(shí)候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的(de)方向正(zhèng)好达到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家(jiā)认为这可以用(yòng)来解释(shì)，研究人员(yuán)们(men)所观测到的周期性(xìng)信(xìn)号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信(xìn)号(hào)的(de)差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在(zài)南(nán)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实(shí)验(yàn)室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第一个实(s100厘米等于多少分米，100厘米等于多少分米多少米hí)验室是一(yī)样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到(dào)相同(tóng)的信号，就可以成为暗物(wù)质(zhì)所存(cún)在的非常有力(lì)的证(zhèng)据了。但是(shì)由于这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建(jiàn)成(chéng)不(bù)久，所以截至目前还无(wú)法提供相应的数据(jù)支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新(xīn)的望远镜(jìng)，这台(tái)太空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视(shì)场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中(zhōng)一个关(guān)键的(de)用途(tú)就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有(yǒu)另一(yī)种神(shén)秘(mì)的效应，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持(chí)宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的(de)暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个(gè)角落的行(xíng)星上，暗物质正在(zài)通过这样的效(xiào)应创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在的实际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们(men)觉得暗物质(zhì)到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更(gèng)新的动(dòng)力！

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