宇宙是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会(huì)存在(zài)科学无(wú)法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的证(zhèng)据(jù)，科学家(jiā)们(men)在(zài)过去的几十年当中(zhōng)进行了超(chāo)过50次(cì)的长期实(shí)验，但是(shì)却没有发现任何的(de)有效证据。除了(le)一个地(dì)方，在1687年出版的(de)自然(rán)哲(zhé)学数学原(yuán)理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体(tǐ)运动的规(guī)律(lǜ)。往后(hòu)的几百(bǎi)年来，当(dāng)天文学(xué)家们(men)发(fā)现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨道出现异(yì)常，不符(fú)合(hé)万(wàn)有引力(lì)定律的时候，他们就会知道，周围一(yī)定(dìng)有未知的天体通过(guò)引力在摄(shè)动它(tā)的(de)轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算并(bìng)且发现了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但(dàn)是这(zhè)些发现都是在(zài)恒星系(xì)统(tǒng)的(de)尺度当中，可当我(wǒ)们上(shàng)升到星(xīng)系或(huò)者是(shì)星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个由数千个(gè)星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束缚(fù)在一起。测量(liàng)星系团的质(zhì)量一般(bān)会(huì)使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确(què)定其质量的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个星系的光度。

第(dì)二种是(shì)动力(lì)学质量的(de)计算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红移(yí)测量星(xīng)系团中的各个星系相对于星(xīng)系团(tuán)的运动速度。当测量(liàng)结(jié)果出(chū)来(lái)之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是(shì)“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系(xì)的速度比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按照(zhào)牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的(de)质量所(suǒ)产生(shēng)的引力(lì)是无法将它们束缚在星系团内的，它(tā)们(men)早就(jiù)应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作(zuò)用(yòng)，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的(de)物(wù)质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了这样部(bù)分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但(dàn)是它们却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的(de)质量。只是(shì)当(dāng)时的人们对这(zhè)样的(de)一种说法不(bù)屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特(tè)在观(guān)测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的(de)运行(xíng)速度就会越(yuè)慢(màn)。但(dàn)是他们观(guān)测的(de)结果却让(ràng)人感到不可思议。

随(suí)着与中(zhōng)心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气(qì)体在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进(jìn)入(rù)其中。

于是科学家们(men)通过射电望(wàng)远镜测量了(le)距离星系中心(xīn)更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也(yě)不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳系的运行(xíng)速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个实(shí)际速度(dù)远远大(dà)于理论速度，那么(me)产生以上(shàng)这种向心加(jiā)速度的原(yuán)因很可能就是存(cún)在着一种我们看不(bù)到的物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效应将星系(xì)聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也(yě)是从这(zhè)时开(kāi)始，越来越(yuè)多(duō)的研究人(rén)员(yuán)开始相信暗物(wù)质的(de)存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星(xīng)系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解(jiě)释(shì)这个(gè)现象的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒(héng)星之间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河系(xì)不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有银(yín)河系的千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩(bēng)离析。但是(shì)科学家们使(shǐ)用(yòng)最先进的望远镜对其进行了(le)40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动(dòng)是可以用(yòng)正常(cháng)的物(wù)质和力学定(dìng)律(lǜ)来解(jiě)释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对(duì)引力的理解还(hái)不够全面，引力很可(kě)能在不(bù)同尺度空间中的工作(zuò)方式是不同的，这意(yì)味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方(fāng)式运动(dòng)。但是(shì)上升到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相互(hù)作用则是(shì)不同的(de)方式。对(duì)于(yú)在(zài)星系(xì)团之间的(de)相互作用，科学(xué)家还(hái)引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的(de)是(shì)在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会产生对彼此特殊的(de)效(xiào)果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这意味着(zhe)我们需要对现在的(de)物(wù)理定律进(jìn)行修正，这些发现也(yě)让很多(duō)人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在(zài)的其他(tā)的理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组(zǔ)成，类(lèi)似这为什么不宣传李兰娟了，李兰娟为何销声匿迹样的星团(tuán)，它们大部分的(de)普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温度的急(jí)剧升(shēng)高，速度大幅降低(dī)。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部(bù)分的质量将位于所有这些气体(tǐ)所(suǒ)在的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通(tōng)过(guò)什么来验证它的质量区(qū)域到底(dǐ)是不是集中在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩(cǎi)的(de)高清照(zhào)片，在(zài)照(zhào)片中(zhōng)我们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质(zhì)量的东西的(de)引(yǐn)力(lì)，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星系的(de)光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹(dàn)星系(xì)团观测的时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最(zuì)好的解释方法就是当(dāng)星团发(fā)生全部的(de)碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体(tǐ)被(bèi)卡在(zài)了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在两边(biān)形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在的(de)迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古老的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终于(yú)可以畅通无(wú)阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较(jiào)高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但实际上它们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前(qián)景(jǐng)背景分离后的二值(zhí)图像进行连通域提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不(bù)应该是(shì)这样的，而随(suí)着暗(àn)物质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变得看起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质(zhì)大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运(yùn)动(dòng)所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好地解释了(le)很多不(bù)同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质(zhì)就是(shì)宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相(xiāng)互作用。所以如果(guǒ)能够(gòu)找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就相当于找到(dào)了暗物(wù)质存在的(de)实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学(xué)家(jiā)们已经提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目(mù)标(biāo)粒子(zi)所需(xū)要的实(shí)验方式也不相同。在过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗(àn)物(wù)质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任(rèn)何实质性的(de)发现，除(chú)了一(yī)个地方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的(de)科学家声称观(guān)测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多(duō)年的数据收集(jí)，人们发(fā)现了一个有趣的事(shì)情(qíng)。探测率(lǜ)会在每年的6月份(fèn)达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到最低，而(ér)且(qiě)在20年当中每年(nián)都(dōu)是一(yī)样。一些(xiē)科学家(jiā)认为这可能(néng)是人(rén)类发现暗物质的第(dì)一个直接证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移(yí)动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这(zhè)样的速(sù)度在(zài)穿越着暗物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的(de)方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的(de)，而另(lìng)外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的(de)方向正好达(dá)到完全一致，这是理论(lùn)上地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流(liú)最快(kuài)的(de)时(sh为什么不宣传李兰娟了，李兰娟为何销声匿迹í)段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际的情况中，太阳系相(xiāng)对(duì)银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影响(xiǎng)这(zhè)个理论的(de)有效(xiào)性。

因此(cǐ)科(kē)学家认为(wèi)这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研(yán)究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号(hào)。当然也可能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造成这种年(nián)度周(zhōu)期信号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又在(zài)南半球(qiú)建立了(le)一个(gè)几乎相同的实验(yàn)室，这(zhè)里的季(jì)节(jié)与之(zhī)前的实验室正好相反(fǎn)，而在(zài)这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这(zhè)里(lǐ)可以得到(dào)相同(tóng)的信号(hào)，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截(jié)至目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同，但它(tā)的宽视场仪(yí)器提供的视野(yě)是(shì)哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键(jiàn)的用途就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的结(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(zhōng)心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研(yán)究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥(yōng)有另(lìng)一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得(dé)到进(jìn)一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢(ne)？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样(yàng)的效(xiào)应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这些推论的大(dà)前(qián)提是要先找到暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。那(nà)么小伙伴们(men)，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更新的(de)动力！

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