宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学(xué)家(jiā)们在过去的几十年当中进行了超过50次(cì)的长期实验，但是却没(méi)有发现任何(hé)的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学(xué)原(yuán)理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力定律，它揭(jiē)示了(le)宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后(hòu)的(de)几百年来，当天(tiān)文学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)的(de)时(shí)候(hòu)，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过(guò)天王星运(yùn)行轨道的异常(cháng)，推算并且(qiě)发(fā)现了(le)海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用(yòng)万(wàn)有(yǒu)引力定律所取得重大天文成(chéng)就的例(lì)子。但是这些发现都是在(zài)恒(héng)星(xīng)系统的尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开(kāi)始变(biàn)得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物(wù)理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基正在研(yán)究(jiū)和测量后(hòu)发星系团的质量。这是(shì)一个由数千个(gè)星系所组(zǔ)成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚(fù)在(zài)一起。测量星系团的质量一般会(huì)使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两种方(fāng)法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各(gè)个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量的(de)计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了(le)，或者(zhě)说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形(xíng)式所存(cún)在(zài)，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是(shì)，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发(fā)现星(xīng)系团中很多(duō)星系的速度比理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按(àn)照牛(niú)顿的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠(kào)这(zhè)些可见星系的(de)质量所产生的引(yǐn)力是无法(fǎ)将它们束缚在星系(xì)团(tuán)内的，它们(men)早就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘的(de)力量(liàng)在起(qǐ)作用，这种力量来(lái)源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹(zī)维基提出(chū)了(le)这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大(dà)部分(fēn)的质量。只是当时的(de)人们对这样的(de)一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在观测仙女座星(xīng)系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心(xīn)越远的恒(héng)星在其轨道上的(de)运行(xíng)速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的(de)结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎(hū)保持不变。可(kě)是根据牛(niú)顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如(rú)果没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这(zhè)些(xiē)外(wài)围(wéi)的恒星(xīng)早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用一种相对标(biāo)准的方法来解(jiě)释(shì)暗物质的(de)存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测量星(xīng)系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度。如果(guǒ)出(chū)现(xiàn)异常(cháng)的(de)结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家(jiā)们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律进行(xíng)计算，太阳系(xì)的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度远远大于(yú)理(lǐ)论速(sù)度，那么(me)产生以上这(zhè)种向(xiàng)心加速(sù)度(dù)的(de)原(yuán)因很可能就是存(cún)在着一(yī)种我(wǒ)们(men)看不到(dào)的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来(lái)越多的(de)研究人员开始相(xiāng)信暗物质的(de)存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算(suàn)在星系(xì)当中暗物质的质量(liàng)占整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释(shì)这个现(xiàn)象的原因(yīn)。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应(yīng)的遥(yáo)远恒星之(zhī)间(jiān)，也(yě)会出现(xiàn)速度上的(de)微小差异。另外，天文(wén)学家还(hái)发现了一(yī)个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当(dāng)中存在的(de)恒星数量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在(zài)理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则(zé)就(jiù)会分崩离析。但是科(kē)学家们使(shǐ)用最先(xiān)进的望远镜对其(qí)进(jìn)行了(le)40个小时的详细测量之(zhī)后(hòu)，发(fā)现星系中(zhōng)的(de)恒星运动是(shì)可以用正常的物质和力学定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被(bèi)附近(jìn)的另(lìng)一个(gè)大星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪的是，它的(de)附近没(méi)有(yǒu)任何(hé)星系存(cún)在。造成这些现象的(de)除了暗物质的假说(shuō)之(zhī)外，另一种可(kě)能就是人类(lèi)对引力的理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方(fāng)式(shì)是不(bù)同的，这(zhè)意味着在行星系(xì)尺(chǐ)度(dù)中的(de)天体会沿(yán)着(zhe)它们(men)的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和(hé)星团(tuán)的(de)尺(chǐ)度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团(tuán)之间的(de)相(xiāng)互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨大(dà)的(de)质量之(zhī)间会产生对彼此特殊(shū)的(de)效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意(yì)味(wèi)着我们需要对现在的物(wù)理定律进(jìn)行修正，这(zhè)些(xiē)发(fā)现也让很多人(rén)认为暗(àn)物(wù)质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的(de)其(qí)他的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹(dàn)星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星(xīng)团，它们大部分(fēn)的普通质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致温(wēn)度的急(jí)剧升高，速(sù)度大(dà)幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有(yǒu)这(zhè)些气体所(suǒ)在的中间区域。那(nà)么我们通过什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张(zhāng)全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不是真的(de)被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体(tǐ)和我们地球上的(de)观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质量(liàng)的(de)东西的(de)引力，会使身后更遥远星系(xì)的光都(dōu)发生(shēng)了(le)扭曲。这个(gè)现象就是(shì)引力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大(dà)的(de)天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗(àn)物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团观测的(de)时候，发现(xiàn)它的大(dà)质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的解释(shì)方法(fǎ)就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物质则(zé)直接通过了(le)这个区域，并在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗(àn)物质存(cún)在的(de)迄今为(wèi)止最好(hǎo)的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于(yú)可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下了(le)各(gè)相同性的(de)微波(bō)辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的(de)区域(yù)，但(dàn)实际(jì)上它们之(zhī)间的(de)温差(chà)只有万分之一(yī)。

科(kē)学家们通过(guò)对(duì)前景背景分离后(hòu)的(de)二值图(tú)像(xiàng)进行(xíng)连通域(yù)提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形(xíng)看起来不(bù)应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度(dù)会减小，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物质(zhì)大约(yuē)是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字(zì)与解释(shì)星(xīng)系(xì)当(dāng)中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个(gè)简单的理论框架，就很(hěn)好(hǎo)地解释了很多不同的观(guān)测结(jié)果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒(lì)子，它们不(bù)参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引(yǐn)力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到(dào)这种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒(lì)子到(dào)底是什么(me)？科学(xué)家们(men)已经(jīng)提出了(le)数十(shí)种(zhǒng)的(de)假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻找这些不(bù)同的(de)目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同(tóng)。在过(guò)去的几十年(nián)当(dāng)中，人(rén)类为了寻找这些看(kàn)不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物(wù)质”，科学(xué)家们已经进(jìn)行了超过50次的(de)实验，却没有任何(hé)实质(zhì)性(xìng)的发现，除(chú)了(le)一个(gè)地方，意大利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处(chù)的地下矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球上最(zuì)大的地学(xué)实验(yàn)室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探(tàn)测器(qì)，一(yī)直(zhí)致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了(le)20多年的数据收集，人(rén)们发(fā)现了一个(gè)有趣(qù)的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年(nián)当中每年都是(shì)一样。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发(fā)现暗物(wù)质的第(dì)一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么(me)暗(àn)物质(zhì)会产生周期性(xìng)的(de)年度信号呢(ne)？刚才(cái磨刀霍霍向牛羊全诗，磨刀霍霍向牛羊是哪首诗上的)我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着(zhe)银(yín)河系进(jìn)行移(yí)动，那(nà)么如(rú)果暗物质存在(zài)宇宙当中，这(zhè)意(yì)味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会(huì)产生相应的振(zhèn)荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳的(de)方向与太(tài)阳环(huán)绕银(yín)河(hé)系的方向是(shì)一(yī)致的，而另外半年则与(yǔ)之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银河(hé)系(xì)的平面呈(chéng)现了(le)60度的倾斜，但是这并(bìng)不(bù)影响这个理论的(de)有效(xiào)性。

因此科学家认为(wèi)这可(kě)以(yǐ)用(yòng)来(lái)解释，研(yán)究人(rén)员们(men)所观(guān)测到的周期性信号(hào)。当然也可能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种年(nián)度(dù)周期信号的差异(yì)也(yě)可能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的(de)水分、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利游客的(de)数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建(jiàn)立了一(yī)个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的(de)季节与之(zhī)前的实验(yàn)室正(zhèng)好相(xiāng)反(fǎn)，而在(zài)这里，地球穿过暗物(wù)质流的运(yùn)动(dòng)特征(zhēng)和(hé)第一个实验室是一(yī)样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常有力的证据了(le)。但是由于这个(gè)实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相(xiāng)应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望远镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供的(de)视(shì)野是(shì)哈(hā)勃(bó)红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中(zhōng)一(yī)个(gè)关键的用(yòng)途就(jiù)是探索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以(yǐ)待了(le)。费米实(shí)验室(shì)粒子天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质存在，它们(men)极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的诞生，或者(zhě)说(shuō)是生命(mìng)进(jìn)化的一(yī)个重要因素。

如(rú)果这一理论得(dé)到进一步的(de)证实，那(nà)么(me)遍(biàn)布宇宙当中(zhō磨刀霍霍向牛羊全诗，磨刀霍霍向牛羊是哪首诗上的ng)的暗物质会不会意味着人类(lèi)并不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物(wù)质正(zhèng)在通过这样的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先(xiān)找到暗物(wù)质存在(zài)的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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