宇宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为何会存在(zài)科学(xué)无法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学(xué)家们在过(guò)去的几(jǐ)十年当中(zhōng)进行了超过50次(cì)的(de)长期实验，但是却(què)没有发现任何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发(fā)现某些(xiē)天体(tǐ)运行(xíng)轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引(yǐn)力定(dìng)律的时候(hòu)，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异(yì)常，推算(suàn)并且发现了海(hǎi)王星的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发现都是应(yīng)用万有引力(lì)定律(lǜ)所取得(dé)重大天文成(chéng)就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发现(xiàn)都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到(dào)星系或者是(shì)星团(tuán)的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系(xì)团的质量一(yī)般会使(shǐ)用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量(liàng)的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星(xīng)系相(xiāng)对于星(xīng)系团(tuán)的运动速度。当测量结(jié)果出(chū)来(lái)之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的(de)质(zhì)量(liàng)消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可(kě)见光的形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们(men)无法(fǎ)看到。最诡异的(de)是，在测量速度的(de)过程(chéng)中，兹威(wēi)基发现星系团(tuán)中很多星系的速度比(bǐ)理论上(shàng)要快得多，按照牛顿(dùn)的(de)运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见(jiàn)星系的(de)质量(liàng)所产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力(lì)量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基(jī)提出(chū)了这(zhè)样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的(de)质量。只(zhǐ)是(shì)当时的人(rén)们(men)对(duì)这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出(chū)现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距(jù)离(lí)中心(xīn)越远的(de)恒(héng)星在其轨道(dào)上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人感到(dào)不可(kě)思议。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速(sù)度几乎保(bǎo)持不(bù)变。可(kě)是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引力定律，在(zài)星系当中如果没(méi)有(yǒu)足够(gòu)大的(de)质量来(lái)吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了(le)。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科(kē)学家们(men)会使用一种相(xiāng)对标准的方法来解释(shì)暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测(cè)量星(xīng)系(xì)当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离(lí)，以及(jí)在Y轴上气(qì)体的(de)旋(xuán)转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认(rèn)为(wèi)是由暗物质的(de)力量进入(rù)其中。

于(yú)是(shì)科学家们通过(guò)射电望远镜测量(liàng)了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速(sù)度并(bìng)不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太(tài)阳(yáng)系(xì)也不例外(wài)，太阳系位(wèi)于(yú)银河系(xì)的第三(sān)悬臂之上，距(jù)离(lí)银(yín)河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际(jì)上，太(tài)阳系(xì)正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕(rào)银河系(xì)旋转，这个(gè)实际速度远远(yuǎn)大于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心加速度的原因(yīn)很可能(néng)就是存(cún)在(zài)着一种我们看不到的物(wù)质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始，越来(lái)越多的研(yán)究人员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨(guǐ)道(dào)的速度，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整(zhěng)个(gè)星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个(gè)现象的原因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星(xīng)之(zhī)间，也会出现速(sù)度上的(de)微小差(chà)异。另外，天文学家还(hái)发现了一(yī)个(gè)反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银河系不多，但是星(xīng)系当中(zhōng)存在的恒星数(shù)量却只有银河系(xì)的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星系(xì)必须存(cún)在暗物(wù)质(zhì)，否则(zé)就会分崩离(lí)析。但是科学家们(men)使用最先进的望远镜对(duì)其进(jìn)行了40个小时的详细(xì)测量(liàng)之(zhī)后，发现星(xīng)系(xì)中的恒(héng)星运动是可以用正常的(de)物质和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出(chū)，也许该(gāi)星系的(de)暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的(de)是(shì)，它(tā)的附近没(méi)有(yǒu)任何星系(xì)存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的(de)假说之外，另一种可能(néng)就是人类对引力的(de)理解(jiě)还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这(zhè)意(yì)味着(zhe)在(zài)行(xíng)星系(xì)尺(chǐ)度(dù)中的(de)天体(tǐ)会(huì)沿着它(tā)们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不同的(de)方式。对于在星系团之(zhī)间的相互(hù)作用(yòng)，科学家还引(yǐn)入了外部场效(xiào)应的概念，指的(de)是在数(shù)百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定(dìng)律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存在的(de)其(qí)他的(de)理(lǐ)论证据(jù)，这些理(lǐ)论(lùn)证据(jù)是(shì)蒙德理论所没(méi)法解(jiě)释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团(tuán)所组成(chéng)，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在(zài)星系的气体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的(de)时候，星际气体的(de)相互作(zuò)用(yòng)就会(huì)导致(zhì)温(wēn)度的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这些气(qì)体所在的中间区(qū)域。那么我们通(tōng)过什么(me)来验证它(tā)的(de)质(zhì)量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可(广西属于南方还是北方kě)以明显地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的(de)形变(biàn)。其实这(zhè)些(xiē)星系本(běn)身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的东西的(de)引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个(gè)现象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个巨(jù)大的(de)天体可能是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们(men)对(duì)子弹星(xīng)系团观测(cè)的时(shí)候，发现它的大质量区域(yù)并(bìng)不(bù)是在(zài)中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的(de)解释方(fāng)法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在(zài)了(le)中间(jiān)，暗物质则直(zhí)接通(tōng)过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团(tuán)的引力透镜研究也(yě)被认(rèn)为是暗(àn)物质存在的(de)迄(qì)今为(wèi)止最好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留下了各(gè)相同性(xìng)的微波辐射(shè)。其中红色(sè)的(de)部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但(dàn)实际上它们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学家(jiā)们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图像进(jìn)行连通域提取(qǔ)和标记之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来不(bù)应该是这样的(de)，而随着暗物质(zhì)的(de)增加，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐(fú)射的测量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物质大约(yuē)是(shì)普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一(yī)个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的(de)观测结果。而暗(àn)物(wù)质的(de)本质(zhì)就是(shì)宇宙当中存在(zài)着某(mǒu)种类(lèi)型的粒(lì)子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子(zi)的存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在的实际(jì)证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底是什么？科(kē)学(xué)家们已(yǐ)经提出了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目标粒子所需要的实验方式也不(bù)相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人(rén)类为(wèi)了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规(guī)物(wù)质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进(jìn)行了超(chāo)过50次的实(shí)验，却没有任何实(shí)质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实(shí)验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高(gāo)的(de)探测器，一直致力(lì)于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学家声称(chēng)观测到(dào)了(le)某种信(xìn)号。经过了20多年的数(shù)据收集(jí)，人们(men)发现了(le)一(yī)个(gè)有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会(huì)在每(měi)年的6月份达到峰值，然(rán)后(hòu)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(jiā)认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第(dì)一个直接证据。

但是(shì)为什(shén)么(me)暗物(wù)质会产生(shēng)周期性的年度(dù)信(xìn)号呢(ne)？刚才(cái)我(wǒ)们(men)讲了太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着(zhe)我们也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡，同(tóng)时地球又以30公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年的时间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕(rào)银河系的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的(de)方向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流最快(kuài)的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影(yǐng)响这个理论的有效性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为这可以用(yòng)来解释，研(yán)究(jiū)人员们所观测(cè)到的周期性(xìng)信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这(zhè)种年度(dù)周期信号(hào)的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至(zhì)连(lián)意大利游客(kè)的(de)数量也符(fú)合这个周期的(de)规律。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在南半球建立了(le)一(yī)个几乎相同(tóng)的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前(qián)的(de)实(shí)验(yàn)室正好相(xiāng)反，而(ér)在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一个实(shí)验(yàn)室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在的(de)非常有力(lì)的(de)证据了(le)。但(dàn)是由于这个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截至目前还(hái)无法提(tí)供相应的数据(jù)支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望远镜，这台(tái)太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它(tā)的(de)主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪(yí)器(qì)提供(gōng)的(de)视野是哈勃红外仪广西属于南方还是北方器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途(tú)就(jiù)是探索暗物质背后(hòu)的奥秘(mì)，对(duì)于探测(cè)的结果，我们(men)只能拭目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子天体物(wù)理中心的科(kē)学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的(de)证实，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味(wèi)着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个(gè)角落的(de)行星上(shàng)，暗(àn)物质正在通过这样的效(xiào)应创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前提是要先找到暗物(wù)质存在(zài)的(de)实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到底存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持(chí)是我更新的动力！

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