宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是(shì)什么？人类为了寻(xún)找暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的(de)证据，科(kē)学(xué)家(jiā)们在过去的几十年(nián)当中(zhōng)进行了超(chāo)过50次的长期(qī)实验，但(dàn)是却没有发现任何的(de)有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一书(s北京亦庄开发区属于哪个区的 北京亦庄是几环hū)中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)天(tiān)体运(yùn)动(dòng)的规律。往后的几(jǐ)百年来(lái)，当天文学家们(men)发现某些天体运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有引力(lì)定律的(de)时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的(de)天体通过(guò)引力在摄动它(tā)的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推(tuī)算并且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是应(yīng)用万有引力定律所取得重大天文(wén)成就的(de)例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的(de)尺度当中，可当(dāng)我们(men)上升到(dào)星系(xì)或(huò)者是星团的尺度，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这(zhè)是(shì)一个由数(shù)千个星(xīng)系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质量一般会使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就(jiù)可以确定(dìng)其质量的范(fàn)围。

第(dì)一种是获得(dé)其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据(jù)是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学(xué)质量(liàng)的计算，是利(lì)用光谱(pǔ)红(hóng)移(yí)测量星(xīng)系团中的各(gè)个星系(xì)相对于(yú)星(xīng)系团的(de)运动(dòng)速度。当测量结(jié)果(guǒ)出来之后，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量(liàng)消失了，或者(zhě)说这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，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基(jī)发现(xiàn)星(xīng)系团中(zhōng)很多星系的速(sù)度(dù)比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这些(xiē)可(kě)见星系的(de)质量所产(chǎn)生的引力(lì)是无法将它们束缚在(zài)星系(xì)团(tuán)内的，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于(yú)某种隐形(xíng)的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提出了这样(yàng)部分不(bù)可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们(men)却占据着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才(cái)再一次出现(xiàn)。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测(cè)仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的(de)运行速度就(jiù)会越(yuè)慢(màn)。但是他们(men)观(guān)测的结果却让人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随(suí)着与中心(xīn)距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒(héng)星(xīng)早(zǎo)就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的(de)存在，这种方法就是(shì)测量星(xīng)系当中气体在X轴上距(jù)离星系(xì)中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就(jiù)认为是(shì)由暗物质的(de)力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测(cè)量(liàng)了距离(lí)星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它(tā)们(men)的旋转速(sù)度(dù)并不符(fú)合牛顿(dùn)的力学定律。我们的(de)太阳系也(yě)不例(lì)外，太(tài)阳系位于银(yín)河系(xì)的第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引力(lì)定律进行计算，太(tài)阳系的(de)运行速度(dù)应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度(dù)远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可(kě)能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的(de)引力效应将星(xīng)系聚集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始，越来(lái)越多的(de)研究人(rén)员开(kāi)始相(xiāng)信暗物质(zhì)的(de)存在。科学(xué)家根据(jù)星(xīng)系外恒(héng)星(xīng)轨道(dào)的速度，估算(suàn)在星(xīng)系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是(shì)唯一可以解释(shì)这个(gè)现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎没(méi)有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小差异(yì)。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河系不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的恒星数(shù)量却(què)只有银(yín)河系的千(qiān)分之一。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家(jiā)们使用最先进的(de)望远镜(jìng)对其(qí)进行(xíng)了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的(de)恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和(hé)力学(xué)定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系(xì)的(de)暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近的(de)另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它(tā)的(de)附(fù)近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质的假说(shuō)之外，另一(yī)种可(kě)能(néng)就(jiù)是人类对(duì)引力(lì)的理解(jiě)还(hái)不够全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和(hé)星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是不同的(de)方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科(kē)学(xué)家还引入了外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的(de)效(xiào)果，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味着我(wǒ)们需(xū)要对现在的物理定(dìng)律进行(xíng)修正，这些发现也让很(hěn)多人(rén)认(rèn)为(wèi)暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就(jiù)此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的(de)子弹星系(xì)团，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会(huì)导致温(wēn)度的急剧升(shēng)高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹星系团大部分的(de)质量将位(wèi)于所有这些气体所在的中(zhōng)间(jiān)区域(yù)。那么我们通(tōng)过什么来验证它的(de)质量区域到底是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在照(zhào)片中我们(men)可以(yǐ)明显地看到很(hěn)多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实(shí)这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质(zhì)量的东(dōng)西的(de)引(yǐn)力，会使身后更遥远星(xīng)系(xì)的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大(dà)的天体可能(néng)是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现(xiàn)它的(de)大(dà)质(zhì)量(liàng)区域并不(bù)是在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释(shì)方法就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当(dāng)中了(le)。经过了130多亿(yì)年之后，这些光(guāng)在宇宙空间(jiān)背景上(shàng)留下了(le)各(gè)相同性的微波辐射。其(qí)中红(hóng)色的部分(fēn)表示温度(dù)较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的(de)区(qū)域，但实际上(shàng)它们(men)之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离(lí)后的二值(zhí)图(tú)像进行连通域提(tí)取和(hé)标记之后发(fā)现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该(gāi)是这样的，而随(suí)着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些峰值的(de)幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们需要的(de)暗物质大(dà)约是普通物(wù)质的5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解(jiě)释星系当中恒星运动所需(xū)要(yào)的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多(duō)不同的观(guān)测(cè)结果。而暗物(wù)质(zhì)的本质(zhì)就是宇宙当中存(cún)在着某(mǒu)种类型的粒(lì)子，它们不参与任何其(qí)他的电磁(cí)作用(yòng)，只通过引力来相互(hù)作(zuò)用。所以如(rú)果能(néng)够找到这种粒子(zi)的(de)存(cún)在，就相当(dāng)于找到(dào)了(le)暗物质(zhì)存在(zài)的实(shí)际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学家们已经(jīng)提出(chū)了数十种(zhǒng)的假想目(mù)标，而(ér)要寻找这(zhè)些不同的目标粒子(zi)所需(xū)要的实(shí)验方式也(yě)不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为(wèi)了寻(xún)找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行了超(chāo)过50次的实(shí)验，却(què)没有任何实(shí)质性的发现，除(chú)了(le)一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地球上(shàng)最(zuì)大的地学实验室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼高(gāo)的探测器(qì)，一直致力于(yú)寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的科(kē)学家声称观(guān)测到了(le)某种信号。经过(guò)了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一(yī)个(gè)有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到(dào)峰(fēng)值(zhí)，然(rán)后(hòu)在11月降到最低，而(ér)且在20年(nián)当(dāng)中每年都是一样。一些科学(xué)家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可(kě)能是人(rén)类发现暗(àn)物质(zhì)的(de)第一(yī)个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产(chǎn)生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系(xì)正在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存(cún)在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我(wǒ)们(men)也在以(yǐ)这(zhè)样的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同(tóng)时(shí)地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时(shí)间，地球围绕太(tài)阳的方(fāng)向与太阳环(huán)绕(rào)银河系的方向是一致(zhì)的，而(ér)另外半年(nián)则(zé)与之(zhī)相反(fǎn)。

而在(zài)6月(yuè)份的(de)时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一(yī)致，这是理论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物(wù)质(zhì)流(liú)最快的时段。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况(kuàng)中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜(xié)，但是这(zhè)并不影响这个理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为这可以用来(lái)解释，研究(jiū)人员们(men)所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可(kě)能有其(qí)他的情况，造成这种(zhǒng)年(nián)度(dù)周期信号的差异也可能(néng)是温度(dù)、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水分、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符合这个(gè)周期的(de)规(guī)律。

所以，科学(xué)家们又在南半(bàn)球建立(lì)了(le)一个(gè)几乎相同的实验室，这里的(de)季节与之(zhī)前的实验(yàn)室正好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗(àn)物质流的运(yùn)动特(tè)征和(hé)第一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到(dào)相(xiāng)同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存(cún)在的(de)非常有力(lì)的(de)证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无法提(tí)供相应的数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的(de)用途就是探索暗物(wù)质背后(hòu)的(de)奥秘，对(duì)于探(tàn)测的结(jié)果，我们(men)只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在(zài)，它们极有可能拥(yōng)有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命(mìng)进化的一个重(zhòng)要因(yīn)素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造(zào)生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先找到暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉(jué)得(dé)暗物质(zhì)到底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新的动力！

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