宇宙是“人为制造”的(de)？为何(hé)会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又(yòu)究竟是(shì)什(shén)么？人类为了寻找暗(àn)物质存在(zài)的证据(jù)，科(kē)学(xué)家们在过(guò)去(qù)的几十年(nián)当中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何(hé)的有效证(zhèng)据(jù)。除了一(yī)个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引力定律，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天(tiān)体运行轨道出现(xiàn)异常，不符(fú)合万有引力定(dìng)律的(de)时(shí)候，他们就会知道，周围(wéi)一定有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过引力在(zài)摄动(dòng)它(tā)的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异(yì)常(cháng)，推(tuī)算并(bìng)且发现了(le)海王(wáng)星的(de)存在(zài)。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发现都是(shì)应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文成就(jiù)的(de)例子。但是(shì)这(zhè)些发现都是在恒星系统的(de)尺度当(dāng)中(zhōng)，可(kě)当(dāng)我们上升(shēng)到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事(shì)情就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团(tuán)的质量。这是(shì)一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大(dà)星系团(tuán)，这些星(xīng)系被引力(lì)束缚(fù)在(zài)一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据(jù)是测量各个星系的(de)光度。

第二(èr)种是(shì)动(dòng)力(lì)学质(zhì)量(liàng)的计算，是(shì)利用光谱红移测(cè)量星系团中的各(gè)个星系相(xiāng)对于不尽人意是什么意思星系(xì)团的运动速(sù)度。当测量结果出(chū)来之后，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了(le)，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星系团有99%的质(zhì)量消失(shī)了(le)，或者说这(zhè)99%的(de)质(zhì)量(liàng)并不以(yǐ)可见光(guāng)的形式所(suǒ)存在，我们无(wú)法看到(dào)。最(zuì)诡异的是(shì)，在测量(liàng)速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团(tuán)中(zhōng)很(hěn)多星系的(de)速度(dù)比理(lǐ)论上要快得(dé)多(duō)，按(àn)照牛顿的运(yùn)动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星系的质量(liàng)所产生的引力是无(wú)法(fǎ)将它(tā)们束缚在星系团内的，它(tā)们早(zǎo)就应该被(bèi)抛出星系团之外了(le)，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出(chū)了(le)这样部分不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不(bù)发散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人(rén)们(men)对这(zhè)样的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次(cì)出(chū)现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中的(de)恒(héng)星(xīng)运(yùn)动(dòng)。理论(lùn)上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道(dào)上的运行(xíng)速度(dù)就会越慢。但是他们观测(cè)的结(jié)果却让人(rén)感到(dào)不(bù)可思议。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没(méi)有(yǒu)足够大的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种现象，科(kē)学家们会使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法来解释暗(àn)物质的存(cún)在，这(zhè)种方法就是测(cè)量星系当(dāng)中(zhōng)气体在(zài)X轴上(shàng)距离(lí)星系中心的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上气体的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异常的(de)结果(guǒ)，就认为是由暗物(wù)质(zhì)的(de)力量(liàng)进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的(de)太阳系也不(bù)例外，太(tài)阳系位于银河(hé)系的第(dì)三悬臂之上，距离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个实际速度远(yuǎn)远大于(yú)理论速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种向心(xīn)加速(sù)度的原因很可(kě)能(néng)就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的(de)物质(zhì)，是这些暗(àn)物质(zhì)的(de)引力效应将星系聚(jù)集在了(le)一起。

也是从这时开(kāi)始，越来(lái)越(yuè)多的研究(jiū)人员(yuán)开始相信(xìn)暗物(wù)质(zhì)的存在(zài)。科学家(jiā)根据星系外恒星轨(guǐ)道的(de)速(sù)度(dù)，估算在(zài)星(xīng)系当中(zhōng)暗物(wù)质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这(zhè)个现象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新(xīn)的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的(de)微小差异。另外，天文学家还发(fā)现了一(yī)个(gè)反常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河(hé)系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河(hé)系的(de)千分之一。

所以在理论(lùn)上，该(gāi)星系(xì)必(bì)须(xū)存(cún)在暗物质，否则(zé)就会(huì)分(fēn)崩离析。但是科(kē)学家们使用最先(xiān)进的(de)望远(yuǎn)镜对其(qí)进(jìn)行了40个小时的详细测量之(zhī)后(hòu)，发(fā)现(xiàn)星系(xì)中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物(wù)质和力学定律来解释的。那(nà)么又(yòu)有人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的(de)另一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪(guài)的是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除了(le)暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对(duì)引力(lì)的理解还不够全面，引(yǐn)力(lì)很可(kě)能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着(zhe)在行星(xīng)系尺度中的(de)天(tiān)体会沿着它们(men)的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系和星团的(de)尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相互作用(yòng)则(zé)是不同的方式(shì)。对于在星系(xì)团之间的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规(guī)模上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味(wèi)着我们需要(yào)对现在的物理定(dìng)律进行修(xiū)正，这(zhè)些发现也让很(hěn)多人认为暗物(wù)质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于(yú)暗(àn)物(wù)质存(cún)在的其他的(de)理论(lùn)证据(jù)，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为37亿光年(nián)的子弹星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普通(tōng)质量都在星(xīng)系(xì)的气(qì)体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后(hòu)，子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)大部分的质量将位于所有这些气体所在(zài)的中间(jiān)区域。那么我们(men)通过什么来验证它的质(zhì)量区域到底是(shì)不(bù)是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可(kě)以明显地看(kàn)到很(hěn)多星系似乎被拉伸(shēn)产生了(le)巨(jù)大的形变(biàn)。其实(shí)这些星(xīng)系本(běn)身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的(de)天体和我们地(dì)球上的(de)观测(cè)者之间(jiān)。被一(yī)个(gè)质量超(chāo)级(jí)巨(jù)大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远星系(xì)的(de)光都发生(shēng)了扭曲(qū)。这个(gè)现象就是引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区(qū)域并不(bù)是在中间，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方(fāng)法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测到的(de)质(zhì)量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这(zhè)个区(qū)域，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的引力(lì)透镜研究(jiū)也(yě)被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中了。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性的微波(bō)辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较高的区(qū)域(yù)，蓝(lán)色则表示相对较冷的(de)区域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分(fēn)之一(yī)。

科学家们通过对前景(jǐng)背(bèi)景分离后的二值图(tú)像进行(xíng)连通域(yù)提(tí)取和标记(jì)之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗(àn)物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度(dù)会(huì)减小(xiǎo)，才(cái)变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为(wèi)了(le)匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐射(shè)的(de)测量值，我(wǒ)们需要的(de)暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒(héng)星运动所需(xū)要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意(yì)味着。

用了(le)一个简单的(de)理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好地(dì)解(jiě)释了很(hěn)多不同的观测(cè)结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存在(zài)着某种(zhǒng)类型的(de)粒子(zi)，它们(men)不参与任何(hé)其他(tā)的(de)电磁作用，只通过引力(lì)来相互(hù)作用。所以如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒子(zi)的存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗(àn)物质存(cún)在的实际证据。这种粒(lì)子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出(chū)了数十(shí)种的假想目标(biāo)，而要寻(xún)找这些不(bù)同的目标粒子所需(xū)要的实(shí)验方(fāng)式也不(bù)相(xiāng)同。在过去的(de)几十年当中(zhōng)，人类为了(le)寻找这些看不(bù)见(jiàn)、摸不(bù)到(dào)，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们已(yǐ)经进行了超过50次的(de)实验，却(què)没(méi)有任何实质性的(de)发现，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地(dì)下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球上最大(dà)的(de)地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器(qì)，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称(chēng)观测到(dào)了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收(shōu)集(jí)，人们发现了(le)一个(gè)有趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达(dá)到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了(le)太阳系(xì)正在以220公里/秒的速(sù)度(dù)围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度在(zài)穿越着暗(àn)物质(zhì)流，这个(gè)过(guò)程中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时间，地球(qiú)围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方向是(shì)一致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向正好达到(dào)完(wán)全一致，这(zhè)是理论(lùn)上地球(qiú)穿越暗物(wù)质流(liú)最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对(duì)银河系(xì)的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这可(kě)以用来解(jiě)释，研(yán)究人员们所观(guān)测(cè)到(dào)的(de)周期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成不尽人意是什么意思(chéng)这种(zhǒng)年度周期(qī)信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至(zhì)连意大利(lì)游客的数量也符合这个(gè)周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立了(le)一(yī)个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室(shì)正(zhèng)好相反，而(ér)在这里，地(dì)球(qiú)穿(chuān)过暗物(wù)质流的运动(dòng)特征和第一个(gè)实(shí)验室是一样(yàng)的(de)。

因此，如果在(zài)这里可以得(dé)到相同的(de)信号，就可以成为暗物(wù)质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力的证据了(le)。但(dàn)是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还(hái)无法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这(zhè)台太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其(qí)中(zhōng)一个关键的用途(tú)就(jiù)是探索暗物(wù)质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于(yú)探测的结果，我(wǒ)们(men)只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理中心(xīn)的科学(xué)家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极(jí)有可能拥有另一种(zhǒng)神秘(mì)的(de)效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步(bù)的(de)证实(shí)，那么遍布宇宙当中的(de)暗(àn)物质(zhì)会不(bù)会意(yì不尽人意是什么意思)味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物(wù)质(zhì)正在通过这样的效(xiào)应创(chuàng)造生命。当(dāng)然(rán)，这些推论的大(dà)前(qián)提是要先找到(dào)暗物质存在的实(shí)际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的(de)支持(chí)是我更新(xīn)的动力！

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