宇宙是“人为制造”的(de)？为(wèi)何会存在科学无法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为(wèi)了寻找暗物(wù)质(zhì)存(cún)在(zài)的证(zhèng)据，科学家们在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中进行(xíng)了超过50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但是却没有发现任何(hé)的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往(wǎng)后的(de)几百年来(lái)，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常(cháng)，不符(fú)合万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律的时候(hòu)，他(tā)们(men)就会知道，周围一(yī)定有未(wèi)知的天(tiān)体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过天(tiān)王(wáng)星运行轨道的(de)异常，推(tuī)算(suàn)并且(qiě)发(fā)现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的(de)发现都(dōu)是应用万(wàn)有引力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大天文成就的(de)例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系(xì)统的(de)尺度当(dāng)中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事(shì)情就开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星系团的质量(liàng)。这是(shì)一个由(yóu)数千个星(xīng)系(xì)所组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一(yī)起。测(cè)量(liàng)星(xīng)系团的质(zhì)量一般会(huì)使用到两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结(jié)果一致，就可以确(què)定其质量的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的(de)光(guāng)度(dù)。

第二种是动力学质量的(de)计算(suàn)，是(shì)利用光(guāng)谱红(hóng)移(yí)测量(liàng)星系团中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对于星系(xì)团(tuán)的运动速度(dù)。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学(xué)质(zhì)量”竟然(rán)是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不(bù)以(yǐ)可(kě)见光(guāng)的形(xíng)式(shì)所(suǒ)存在，我们(men)无(wú)法看到。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量(liàng)速(sù)度的过程中，兹威基(jī)发现星(xīng)系(xì)团中(zhōng)很多(duō)星系(xì)的速(sù)度比(bǐ)理论上要快得(dé)多，按照牛(niú)顿的运动(dòng)学(xué)定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见星系的(de)质量所产生的引力是无法将它们(men)束(shù)缚在(zài)星系团内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除(chú)非有(yǒu)一种神秘的力量在(zài)起(qǐ)作(zuò)用，这(zhè)种力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不可(kě)见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大(dà)部分(fēn)的质量。只是当时(shí)的人(rén)们(men)对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在观测仙(xiān)女座(zuò)星系中的恒星运动。理论(lùn)上(shàng)来说，距(jù)离中心越远的恒星在(zài)其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测(cè)的结(jié)果却让人感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的(de)旋转速(sù)度几(jǐ)乎(hū)保持不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当(dāng)中如果没(méi)有足(zú)够大(dà)的(de)质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当中(zhōng)了(le)。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用一种相对(duì)标准的方法来解释(shì)暗物(wù)质的存在，这种方法就是测量(liàng)星系(xì)当(dāng)中(zhōng)气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中(zhōng)心的距离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是(shì)科学(xué)家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的(de)太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河系的(de)第(dì)三悬臂(bì)之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度(dù)远(yuǎn)远大于(yú)理论速度，那么(me)产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加速度(dù)的原因很可能(néng)就是(shì)存在着(zhe)一种我们看不(bù)到的物质(zhì)，是这些暗(àn)物质(zhì)的引(yǐn)力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这(zhè)时开始(shǐ)，越来越多(duō)的(de)研(yán)究人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道(山登绝顶我为峰全诗李白，最霸气的十首诗dào)的速(sù)度，估(gū)算在星系当中暗物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释(shì)这个现象的原因。在一项新的研(yán)究(jiū)当中(zhōng)，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎(hū)没(méi)有引力效应的(de)遥远(yuǎn)恒(héng)星(xīng)之间，也会出(chū)现速(sù)度上的微小差(chà)异。另外，天文(wén)学家还发现了一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河(hé)系(xì)不多(duō)，但是(shì)星系当中存在的(de)恒星数量却(què)只有银河(hé)系的(de)千分之一。

所以在(zài)理论(lùn)上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析。但是(shì)科学家(jiā)们使(shǐ)用(yòng)最先(xiān)进的(de)望远镜(jìng)对其进行了(le)40个小时的(de)详细测量(liàng)之后(hòu)，发现星系中的恒星(xīng)运动(dòng)是可以用正常的(de)物质和力学定律来解释的(de)。那么又有人提出，也(yě)许该星系的(de)暗物质，已经被附(fù)近的另一个(gè)大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星系(xì)存(cún)在。造成这(zhè)些现象的(de)除了暗物(wù)质的假说之(zhī)外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是人类对引(yǐn)力的(de)理解还(hái)不够全面，引(yǐn)力(lì)很可能在不同尺度空间中的工作方式是不(bù)同(tóng)的，这意味着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着它(tā)们的轨道，按照我们所(suǒ)理(lǐ)解的方(fāng)式运动。但是上(shàng)升(shēng)到(dào)星系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的(de)相互(hù)作用则是不同的方式(shì)。对于在(zài)星系团之(zhī)间的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是(shì)在数百万光(guāng)年的规模(mó)上，巨大的质量(liàng)之间会产生对(duì)彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们(men)需(xū)要对现在的(de)物理定(dìng)律进行修正，这些发(fā)现(xiàn)也让很多(duō)人认(rèn)为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙(zhòu)当中还有(yǒu)关(guān)于暗物质(zhì)存(cún)在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据是蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论所没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个(gè)碰撞的星系(xì)团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大(dà)部(bù)分的普通质量(liàng)都在星(xīng)系的气(qì)体(tǐ)当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速(sù)度(dù)大(dà)幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系(xì)团大部分的质量将(jiāng)位于所有这些(xiē)气体所在的(de)中间(jiān)区域。那么我们(men)通过什么来(lái)验证它的质量区(qū)域到底是不是集(jí)中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的(de)形(xíng)变(biàn)。其实这(zhè)些星系本身(shēn)并不是真的被扭(niǔ)曲了(le)，也(yě)不是(shì)韦伯(bó)望远镜出了什(shén)么问题，而是(shì)这样极(jí)遥(yáo)远的天体和我(wǒ)们地球上(shàng)的观测者之间。被一个(gè)质(zhì)量超级巨(jù)大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质(zhì)量的(de)东西(xī)的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都(dōu)发生了(le)扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超(chāo)大质量(liàng)的(de)黑(hēi)洞或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星系团观测的(de)时候，发现它的大(dà)质量区域并不是(shì)在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的(de)质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接(jiē)通过(guò)了这个区域，并在(zài)两边形成了引(yǐn山登绝顶我为峰全诗李白，最霸气的十首诗)力(lì)透(tòu)镜(jìng)。对(duì)子(zi)弹星系团的(de)引(yǐn)力(lì)透镜研究也被(bèi)认为是(shì)暗(àn)物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此之外(wài)，还有来(lái)自宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间(jiān)背景上留下(xià)了各相同(tóng)性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较(jiào)高的(de)区(qū)域，蓝色(sè)则(zé)表(biǎo)示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们(men)通(tōng)过对前(qián)景背景分离后的二值图(tú)像进行连通域提取和(hé)标(biāo)记之后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)没(méi)有暗物质(zhì)，图(tú)形看(kàn)起来不应(yīng)该是(shì)这样的，而(ér)随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会(huì)减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的(de)暗物质大约是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字(zì)与解释星(xīng)系当中恒星运动所需要的(de)暗(àn)物质(zhì)比例是(shì)一(yī)致的。这就意味着。

用(yòng)了(le)一个简单的(de)理(lǐ)论框架，就很好地解释(shì)了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来(lái)相互作用。所(suǒ)以如果能(néng)够找到(dào)这种(zhǒng)粒(lì)子的(de)存在(zài)，就相当于找到了暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据(jù)。这(zhè)种粒(lì)子到底(dǐ)是什么(me)？科学(xué)家们已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而(ér)要寻找这些不同的(de)目标(biāo)粒子所(suǒ)需(xū)要(yào)的实验方式也不相同。在过去的(de)几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家们(men)已经进(jìn)行(xíng)了超过50次(cì)的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方(fāng)，意大(dà)利的(de)格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层(céng)楼高的探测器，一直致力(lì)于(yú)寻找暗(àn)物质粒子(zi)的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数(shù)据(jù)收集，人们发现了一(yī)个有趣的(de)事情(qíng)。探测(cè)率会(huì)在(zài)每(měi)年(nián)的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一(yī)些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生(shēng)周(zhōu)期性的(de)年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银(yín)河系(xì)进行移动，那(nà)么(me)如果暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味着我们也在(zài)以这样(yàng)的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银(yín)河系(xì)的方向是一致的，而另外(wài)半(bàn)年则与之相反。

而在(zài)6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这是(shì)理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗(àn)物质流(liú)最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的(de)情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的(de)平(píng)面(miàn)呈现了60度(dù)的(de)倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这(zhè)可(kě)以用来解释(shì)，研(yán)究人(rén)员们所观(guān)测到的(de)周期性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造(zào)成这种年度周期信号(hào)的差异(yì)也(yě)可(kě)能是温度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符(fú)合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的(de)实验室，这里的季节与之前(qián)的实验室正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物质流的(de)运动特征和第一(yī)个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在(zài)的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所(suǒ)以截(jié)至目前还无法提(tí)供(gōng)相应(yīng)的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗(luó)曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实(shí)验室粒(lì)子天体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬研(yán)究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥(yōng)有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着(zhe)人类并(bìng)不(bù)孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的(de)行星(xīng)上，暗物(wù)质正在通过这样的效(xiào)应创造(zào)生命。当(dāng)然(rán)，这些推论的大前提是要先找到暗(àn)物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗物(wù)质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持(chí)是(shì)我更新的动力(lì)！

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