宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会存在(zài)科学无法解(jiě)释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的证据，科学家们在过去(qù)的几十年当中进(jìn)行了超(chāo)过50次的长期实验，但是(shì)却(què)没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了(le)宇宙中天体运(yùn)动(dòng)的(de)规(guī)律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当天文学家(jiā)们(men)发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现异(yì)常(cháng)，不符合万有引力定律的时候，他(tā)们就(jiù)会知道(dào)，周(zhōu)围一(yī)定(dìng)有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的(de)轨(guǐ)道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是这些(xiē)发现都(dōu)是(shì)在(zài)恒星系统的(de)尺度当中(zhōng)，可(kě)当(dāng)我们(men)上升到星(xīng)系或者是星团(tuán)的(de)尺(chǐ)度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗(fú)里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星系团的(de)质量。这是一个由(yóu)数(shù)千(qiān)个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束(shù)缚在一(yī)起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到(dào)两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法结果一致(zhì)，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数(shù)据是测量各(gè)个星(xīng)系的光度。

第二(èr)种是动力学质量的(de)计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的(de)各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之(zhī)后(hòu)，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度(dù)学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质(zhì)量(liàng)并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多(duō)星系的(de)速度(dù)比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见星系的(de)质量所产生的(de)引力是无法(fǎ)将它们束缚在星(xīng)系团内的，它(tā)们早就应(yīng)该被(bèi)抛出星系团之外了，除(chú)非有一(yī)种神秘(mì)的(de)力量在起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提(tí)出了(le)这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它们(men)却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时的人们(men)对(duì)这样(yàng)的一(yī)种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这(zhè)个(gè)词才再一次出现(xiàn)。天文(wén)学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒(héng)星(xīng)在其(qí)轨(guǐ)道上的运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们(men)观测(cè)的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增(zēng)加，恒(héng)星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律，在星系当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们(men)，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学(xué)家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来(lái)解释暗(àn)物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测量(liàng)星(xīng)系当中气体在X轴上距离星(xīng)系(xì)中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出(chū)现异(yì)常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学(xué)家们通过(guò)射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢(qīng)元素(sù)，发现(xiàn)它(tā)们的旋转速度(dù)并不符合牛(niú)顿的力(lì)学定(dìng)律。我们的(de)太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有引力定律进(jìn)行(xíng)计算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速度(dù)，那么(me)产生以(yǐ)上这种向心(xīn)加速度的(de)原因很可能就(jiù)是(shì)存(cún)在着(zhe)一种我们(men)看不到的物质，是(shì)这些暗物(wù)质的引(yǐn)力效应将星系(xì)聚集在了(le)一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越(yuè)多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的(de)速度，估算(suàn)在星(xīng)系(xì)当中暗(àn)物质(zhì)的质(zhì)量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这个现象的(de)原因。在一项新的(de)研究当中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存(cún)在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但(dàn)是科学家们(men)使(shǐ)用最先(xiān)进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒(héng)星运动是可以用正(zhèng)常的物(wù)质和(hé)力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大(dà)星系剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存(cún)在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是(shì)人类(lèi)对引力的理解还(hái)不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式(shì)是不(bù)同(tóng)的，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺度(dù)中的天体会沿(yán)着它们的(de)轨道(dào)，按照(zhào)我们所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但(dàn)是上(shàng)升(shēng)到(dào)星系(xì)和星团的尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之(zhī)间(jiān)的(de)相互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应的概(gài)念，指(zhǐ)的(de)是在(zài)数百中国有多少万兵力，中国有多少万兵力人数万光(guāng)年的规模(mó)上(shàng)，巨大(dà)的质量之(zhī)间(jiān)会(huì)产(chǎn)生对彼此特(tè)殊(shū)的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要对现(xiàn)在(zài)的物理定律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人(rén)认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组成，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大部分的(de)普通(tōng)质量都(dōu)在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的(de)时候(hòu)，星际气体的相互(hù)作用就会导致温度的(de)急剧升(shēng)高，速度大幅(fú)降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所有这些(xiē)气体所在(zài)的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来验(yàn)证它的(de)质量区域到底是不是(shì)集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星系(xì)似乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大的(de)形变。其实(shí)这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远镜出了(le)什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们(men)地球(qiú)上(shàng)的观(guān)测者之间(jiān)。被一个质量超(chāo)级巨(jù)大的(de)天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力(lì)，会使身后更(gèng)遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是(shì)引力透镜效应(yīng)。这个巨(jù)大的天体可(kě)能是(shì)超大质量的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物质。

所以当人(rén)们(men)对子弹星(xīng)系(xì)团观测的时候(hòu)，发(fā)现它(tā)的大质量(liàng)区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方(fāng)法就是当(dāng)星(xīng)团发生(shēng)全(quán)部的(de)碰撞时，可被观测到的(de)质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接通过(guò)了这个区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成了(le)引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹星系团的(de)引力透(tòu)镜研究也被认为是(shì)暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了(le)130多(duō)亿年之后，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空间(jiān)背(bèi)景(jǐng)上(shàng)留下(xià)了各相同性的微波辐(fú)射(shè)。其(qí)中红色的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则(zé)表示(shì)相对较(jiào)冷(lěng)的区(qū)域，但(dàn)实际(jì)上它(tā)们(men)之间(jiān)的温差(chà)只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取(qǔ)和标记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质(zhì)的(de)增加，一(yī)些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐(fú)射的测(cè)量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的(de)暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就(jiù)很(hěn)好(hǎo)地解释(shì)了很多不同的观测结(jié)果。而(ér)暗(àn)物质的本(běn)质(zhì)就是宇宙当中(zhōng)存(cún)在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来(lái)相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子(zi)到底是(shì)什么？科学家们已经提(tí)出了数十(shí)种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些(xiē)不(bù)同的目标(biāo)粒子所需要(yào)的(de)实验方式也(yě)不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现(xiàn)，除了一个(gè)地方(fāng)，意大利的格(gé)兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最(zuì)大的地学(xué)实验室(shì)，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层(céng)楼高(gāo)的(de)探测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的(de)科学家声称观(guān)测(cè)到(dào)了某种信号。经过了(le)20多年的数据收(shōu)集，人们(men)发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测(cè)率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后在11月降到最低(dī)，而且在(zài)20年(nián)当中每年(nián)都是一样。一些科学家认为这可能(néng)是人类发现暗物质(zhì)的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那(nà)么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们(men)也在以这样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这个过程(chéng)中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环(huán)绕银河(hé)系(xì)的方向是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月(yuè)份的时候，地球与太阳的(de)方(fāng)向正好达到完(wán)全(quán)一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现了60度(dù)的(de)倾斜(xié)，但是这并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这(zhè)可以用来解释，研(yán)究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也可能有其他(tā)的情(qíng)况，造成这(zhè)种年度(dù)周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高(gāo)山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大(dà)利游客的数量也(yě)符合(hé)这个周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又在南半(bàn)球(qiú)建立(lì)了(le)一(yī)个几乎相同(tóng)的(de)实验室(shì)，这里的季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流(liú)的运动特征和(hé)第一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的(de)证据了。但是由于这个实验室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还(hái)无(wú)法提供相应(yīng)的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它(tā)的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红(hóng)外仪器的(de)100倍(bèi)。南希(xī)格(gé)雷斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探(tàn)索(suǒ)暗(àn)物(wù)质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探测(cè)的结(jié)果，我们(men)只能(néng)拭(shì)目以待了。费米实(shí)验室粒子天体物理中心的科(kē)学(xué)家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一(yī)种神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进(jìn)化的一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进(jìn)一步(bù)的(de)证实，那(nà)么遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗物质会不会(huì)意味着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落(luò)的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在通过这样(yàng)的(de)效应创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这些推(tuī)论的大(dà)前提是(shì)要先找到暗物质存在的实际证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉得暗物质(zhì)到底存(cún)不(bù)存(cún)在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持是(shì)我更新的动力(lì)！

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