宇宙是“人(rén)为制造”的(de)？为(wèi)何会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家们在过去(qù)的几(jǐ)十(shí)年(nián)当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现任(rèn)何的有效证(zhèng)据。除(chú)了一个(gè)地方(fāng)，在1687年(nián)出(chū)版的自然(rán)哲(zhé)学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的(de)规律。往后的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学(xué)家们发现某(mǒu)些天(tiān)体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他(tā)们(men)就会知(zhī)道，周围一(yī)定(dìng)有未知的天体通过引力在摄(shè)动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了(le)海王星的存(cún)在。另外(wài)，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王星的发(fā)现都是应用万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律所取得(dé)重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发(fā)现都是在恒星系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我(wǒ)们上升到星系(xì)或者是(shì)星团的尺度(dù)，事情就开(kāi)始变得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发星(xīng)系团的(de)质(zhì)量。这是一个(gè)由数千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一(yī)致，就(jiù)可以确定(dìng)其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数(shù)据是测量(liàng)各(gè)个(gè)星(xīng)系的光度。

第二(èr)种是动力学(xué)质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各(gè)个星系相(xiāng)对(duì)于星系团(tuán)的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见(jiàn)光的形式所存(cún)在(zài)，我们无法看到。最(zuì)诡异的(de)是，在测量(liàng)速度的过(guò)程(chéng)中，兹威(wēi)基发(fā)现星系团中很(hěn)多星系的速(sù)度比(bǐ)理论上要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生(shēng)的引(yǐn)力是(shì)无(wú)法将(jiāng)它(tā)们束缚在星系(xì)团内(nèi)的，它(tā)们早就应该被抛出星(xīng)系团之外(wài)了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源(yuán)于(yú)某种隐形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这(zhè)样部(bù)分不可见的(de)暗质，它(tā)不(bù)发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的(de)质(zhì)量。只是当时(shí)的人们对(duì)这样的(de)一种说法(fǎ)不屑(xiè)一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才再(zài)一次出现。天文(wén)学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾(bīn)和(hé)肯特福(fú)特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒(héng)星运动。理论上来(lái)说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的(de)恒星在其(qí)轨(guǐ)道上(shàng)的运行(xíng)速度(dù)就会越慢(màn)。但(dàn)是他(tā)们观测的结(jié)果却让(ràng)人感到不(bù)可(kě)思议。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的增(zēng)加(jiā)，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持不变。可(kě)是(shì)根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它(tā)们，这些(xiē)外围的恒(héng)星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会(huì)使用一(yī)种相对标准的方法(fǎ)来解释(shì)暗物质的存在(zài)，这种方(fāng)法就是测量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速(sù)度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入(rù)其(qí)中。

于是(shì)科学家们通(tōng)过(guò)射电望(wàng)远镜测量了(le)距离星系(xì)中心更远距(jù)离的(de)氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并不(bù)符合(hé)牛顿的力学定律。我(wǒ)们(men)的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于(yú)银河系(xì)的第三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行速度(dù)应该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实(shí)际(jì)上，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远大(dà)于理论速度(dù)，那么产生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心(xīn)加速度的原因(yīn)很可能就是(shì)存(cún)在着(zhe)一种(zhǒng)我们(men)看不到(dào)的物质，是(shì)这些暗物(wù)质的引力效应将星(xīng)系聚集(jí)在了一(yī)起。

也是从(cóng)这时开始，越来(lái)越(yuè)多的研究人(rén)员(yuán)开(kāi)始相(xiāng)信暗(àn)物(wù)质(zhì)的存在(zài)。科学家(jiā)根(gēn)据星系外恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算(suàn)在星系当中暗(àn)物质的质量(liàng)占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这(zhè)个现象的原(yuán)因(yīn)。在一(yī)项新的研(yán)究(jiū)当中(zhōng)，科学家(jiā)们发(fā)现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力(lì)效应的(de)遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微(wēi)小差(chà)异。另外，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了一个反常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却(què)只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论上，该星系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行了(le)40个小时的详细测量之后(hòu)，发(fā)现星(xīng)系中(zhōng)的恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)是(shì)可(kě)以用正常的物质(zhì)和力学(xué)定律(lǜ)来解(jiě)释的。那么(me)又有人提出(chū)，也(yě)许该(gāi)星系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被(bèi)附近的另一个大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何(hé)星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一(yī)种可能就是人类(lèi)对引力的理(lǐ)解还不够全面(miàn)，引力(lì)很可能(néng)在(zài)不同尺(chǐ)度空间(jiān)中的(de)工作方式是(shì)不(bù)同的，这意味着在行(xíng)星系尺度中的(de)天体会(huì)沿着它们的轨道(dào)，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方(fāng)式运(yùn)动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互作(zuò)用则是不同的方式(shì)。对(duì)于在星系团(tuán)之(zhī)间(jiān)的(de)相互作用，科学(xué)家(jiā)还引入了外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的(de)质量之间会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需(xū)要对现在的(de)物(wù)理(lǐ)定律进行(xíng)修(xiū)正，这(zhè)些发现也(yě)让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质存在的(de)其他的理(lǐ)论证据(jù)，这些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质量都在星系的气(qì)体(tǐ)当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作(zuò)用就会(huì)导(dǎo)致温度的(de)急剧升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这(zhè)些气体(tǐ)所在的中间区域(yù)。那(nà)么我们通过什么来验证它(tā)的质量区(qū)域到(dào)底是不(bù)是(shì)集中在中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦(wéi)伯(bó)太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张全彩的(de)高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到(dào)很多(duō)星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产生了(le)巨(jù)大的形变(biàn)。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么(me)问(wèn)题，而是这样(yàng)极遥远的(de)天体(tǐ)和我们地(dì)球上的观测(cè)者之间(jiān)。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能(néng)是超大(dà)质量的黑洞或(huò)者是暗(àn)物(wù)质。

所(suǒ)以(yǐ)当(dāng)人们对子(zi)弹星系团观(guān)测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域(yù)并不是(shì)在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解(jiě)释方法(fǎ)就(jiù)是(shì)当星团发生(shēng)全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了(le)这个区域，并在两边形(xíng)成(chéng)了引力(lì)透镜(jìng)。对子(zi)弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止最好的(de)理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景(jǐng)上留下了各(gè)相同性的(de)微波(bō)辐射。其中红色的部(bù)分(fēn)表示温度较高的(de)区域，蓝(lán)色则表示(shì)相对(duì)较(jiào)冷的区域(yù)，但(dàn)实际上(shàng)它们之(zhī)间(jiān)的(de)温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过(guò)对前(qián)景(jǐ不拘于时句式类型，不拘于时句式还原ng)背(bèi)景(jǐng)分离(lí)后的二值(zhí)图(tú)像进(jìn)行连通域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐(fú)射(shè)的测(cè)量(liàng)值(zhí)，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星(xīng)系(xì)当中恒(héng)星运动所需(xū)要的暗物质比例(lì)是一致的(de)。这就意(yì)味(wèi)着。

用了(le)一个(gè)简单的(de)理论框架(jià)，就很(hěn)好(hǎo)地解释了很多不同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质(zhì)的(de)本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型(xíng)的(de)粒子，它们(men)不参与任(rèn)何(hé)其他的电磁作用，只通过引力(lì)来相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够(gòu)找到这种粒子的存(cún)在(zài)，就(jiù)相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科学家们(men)已经提出了(le)数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不(bù)同的目(mù)标(biāo)粒(lì)子所需(xū)要(yào)的实验(yàn)方式也不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的(de)“暗物(wù)质”，科(kē)学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除(chú)了一个地方，意(yì)大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最(zuì)大的地学实验(yàn)室(shì)，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼高的(de)探测器，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的(de)科学家(jiā)声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测(cè)率会(huì)在每年(nián)的6月(yuè)份达到(dào)峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家(jiā)认(rèn)为这可能是人类(lèi)发现暗(àn)物质的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什(shén)么暗(àn)物(wù)质会产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我们也(yě)在以这样的(de)速度在穿(chuān)越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的(de)，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的时候，地(dì)球与太阳的方(fāng)向正(zhèng)好(hǎo)达到(dào)完全一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球(qiú)穿越(yuè)暗物质(zhì)流(liú)最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了(le)最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河(hé)系(xì)的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效性。

因此科(kē)学家认为这可以用(yòng)来解释，研(yán)究人员们所观(guān)测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能(néng)有其他(tā)的(de)情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差(chà)异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大(dà)利游客的数量(liàng)也符合这(zhè)个周期的规律。

所(suǒ)以，科(kē)学(xué)家(jiā)们又在南半球建立(lì)了一个(gè)几乎相同(tóng)的(de)实验室，这里的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而(ér)在这里，地球穿过(guò)暗物质流的(de)运(yùn)动特(tè)征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如(rú)果在(zài)这里可(kě)以得(dé)到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力(lì)的证据了。但(dàn)是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还(hái)无法提(tí)供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中一个关键的用途(tú)就(jiù)是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子(zi)天体物理(lǐ)中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在，它们极(jí)有可能拥(yōng)有(yǒu)另一(yī)种神秘的(de)效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效应，会(huì)支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重(zhòng)要因素。

如(rú)果这(zhè)一理论(lùn)得到(dào)进一步的证实(shí)，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会(huì)不会意味着人(rén)类并不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角落的(de)行星上，暗物(wù)质正在通过这样(yàng)的(de)效应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前提是要(yào)先(xiān)找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗(àn)物质(zhì)到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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