宇宙是“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何会存在科学无(wú)法解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据(jù)，科学家(jiā)们在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中进行了超过(guò)50次(cì)的长期实验，但是(shì)却没(méi)有发现任何的有效证据。除了(le)一个(gè)地方(fāng)，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发(fā)表了万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当天(tiān)文学家们(men)发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不(bù)符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道(dào)，周围一(yī)定有未知的天体通(tōng)过(guò)引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运(yùn)行轨道(dào)的异(yì)常，推算并且发现了(le)海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的发现都(dōu)是应(yīng)用(yòng)万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系(xì)或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事(shì)情(qíng)就开始变得(dé)诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在研究和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一(yī)个由数千个星系(xì)所组成(chéng)的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力(lì)束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一(yī)般会使(shǐ)用到两(liǎng)种(zhǒng)方法(fǎ)，当(dāng)两种方法(fǎ)结果(guǒ)一(yī)致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量(liàng)"，需要的数据是测(cè)量各个星系(xì)的光(guāng)度。

第二种是动力(lì)学(xué)质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系(xì)团中的各个星(xīng)系(xì)相对于星系团的运动速度。当测(cè)量结果(guǒ)出(chū)来(lái)之后，兹威(wēi)基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这(zhè)99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最(zuì)诡异的是(shì)，在(zài)测量速度(dù)的(de)过程中，兹威基发现星系团中很多星系的(de)速(sù)度比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按(àn)照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的引力是无法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系(xì)团之(zhī)外了(le)，除(chú)非有一种神(shén)秘(mì)的力量(liàng)在起作用(yòng)，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于(yú)某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这样部分不(bù)可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但(dàn)是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们(men)对这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次(cì)出现。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒星(xīng)在(zài)其轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的(de)结果却让人感到不可(kě)思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持(chí)不变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在(zài)星系(xì)当中如(rú)果没有足(zú)够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒(héng)星早(zǎo)就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科(kē)学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准(zhǔn)的方(fāng)法来解释(shì)暗(àn)物质(zhì)的存在，这种方(fāng)法就是测量星系(xì)当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中(zhōng)。

于(yú)是科学(xué)家们通过射电望远镜测量了距离星系(xì)中心(xīn)更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太(tài)阳系位于银河(hé)系的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河系(xì)旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速(sù)度的原(yuán)因很可能就是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在(zài)了一起。

也是(shì)从这时(shí)开始(shǐ)，越来越多的研究(jiū)人员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算在(zài)星(xīng)系当中暗物质的(de)质量占(zhàn)整个星(xīng)系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物(wù)质并不(bù)是唯一可以解释这个(gè)现象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学(xué)家们(men)发现(xiàn)，几乎没(méi)有引力(lì)效(xiào)应的(de)遥(yáo)远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另(lìng)外，天文(wén)学(xué)家还发现了(le)一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小和银(yín)河(hé)系不多，但是(shì)星系当中存在(zài)的(de)恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的望(wàng)远镜(jìng)对(duì)其进行了40个小时的(de)详细测量之后，发(fā)现星(xīng)系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来(lái)解释的(de)。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗物质(zhì)，已经被(bèi)附近的另(lìng)一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了(le)暗(àn)物质的假说之(zhī)外(wài)，另(lìng)一(yī)种可(kě)能就是人类对引力的理解(jiě)还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不(bù)同的，这意味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道(dào)，按照(zhào)我们(men)所(suǒ)理解(jiě)的方式运动。但(dàn)是上升到(dào)星(xīng)系和星团的(de)尺度(dù)，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的方式(shì)。对于在星系(xì)团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的(de)效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这(zhè)意味着我(wǒ)们需要对(duì)现在(zài)的物(wù)理定律进行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也(yě)让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终结(jié)。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存(cún)在的其他的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系(xì)团(tuán)所组成，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它们大(dà)部(bù)分(fēn)的普通(tōng)质量都在星系的气(qì)体当中(zhōng)。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在(zài)的中(zhōng)间区域。那么(me)我(wǒ)们通过什么(me)来验证它的质量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回(huí)了(le)宇宙(zhòu)当中第(dì)一张(zhāng)全彩的高(gāo)清照(zhào)片(piàn)，在照片(piàn)中我们可以明显地(dì)看(kàn)到很多星系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些(xiē)星系本身并(bìng)不是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不(bù)是韦(wéi)伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和(hé)我们地球上的(de)观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的(de)引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透镜效(xiào)应(yīng)。这(zhè)个巨(jù)大的(de)天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域(yù)并不是(shì)在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法(fǎ)就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的(de)质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直接通过(guò)了(le)这(zhè)个区域，并在两边(biān)形成了引力透(tòu)镜。对子(zi)弹星系团(tuán)的引力透镜研(yán)究(jiū)也(yě)被认为是暗物(wù)质(zhì)存在的迄(qì)今为(wèi)止最好的理论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了(le)。经(jīng)过了130多亿年之后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了(le)各(gè)相同性(xìng)的(de)微波辐射(shè)。其(qí)中红色的部分表(biǎo)示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷(lěng)的(de)区(qū)域，但实(shí)际上它们之间(jiān)的温差只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学家们(men)通过对前景背景分离(lí)后(hòu)的二值(zhí)图像进(jìn)行连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看(kàn)起来不应(yīng)该是(shì)这样的(de)，而(ér)随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐(fú)射的测(cè)量值，我(wǒ)们需要(yào)的暗物(wù)质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字(zì)与解释(shì)星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比(bǐ)例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理论(lùn)框(kuāng)架，就很好地解释了(le)很多(duō)不同(tóng)的观(guān)测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存(cún)在(zài)着(zhe)某种(zhǒng)类(lèi)型的(de)粒子，它们不参与任何其他(tā)的电磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如(rú)果(guǒ)能(néng)够找到这种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什(shén)么？科学家们已经提(tí)出(chū)了数十种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子(zi)所需要的实验方式也不(bù)相(xiāng)同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规(guī)物质相互(hù)作(zuò)用(yòng)的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除(chú)了一个地(dì)方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上最大(dà)的地(dì)学实验室，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器，一直致力(lì)于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒子的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的(de)科学家声(shēng)称观测到了某(mǒu)种信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数据(jù)收集，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探(tàn)测(cè)率会在每(měi)年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在(zài)20年当(dāng)中每年(nián)都(dōu)是一样(yàng)。一些科学(xué)家认为这(zhè)可能是(shì)人(rén)类发现(xiàn)暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产(chǎn)生周期性的(de)年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以22doi的时候怎么夹，doi是怎么夹0公里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质(zhì)流(liú)，这个(gè)过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系(xì)的方向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的(de)方向(xiàng)正好达(dá)到完全一致，doi的时候怎么夹，doi是怎么夹这(zhè)是理(lǐ)论上地(dì)球穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的(de)时段。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响(xiǎng)这(zhè)个(gè)理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此科学(xué)家(jiā)认为(wèi)这可以用来解释，研(yán)究(jiū)人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差(chà)异也可(kě)能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的(de)积雪，甚至(zhì)连意(yì)大利游客的数量也符合这个周期的(de)规(guī)律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们又在南(nán)半球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这里的(de)季节与之前(qián)的实(shí)验室(shì)正好(hǎo)相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第一个实验室是(shì)一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得到相同的(de)信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台新(xīn)的(de)望(wàng)远镜，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜(jìng)相同，但它的(de)宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是(shì)探(tàn)索(suǒ)暗物(wù)质(zhì)背后的(de)奥秘，对(duì)于探测的(de)结果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以待(dài)了。费米实验室粒子(zi)天体物理中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种(zhǒng)神秘的(de)效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会(huì)不会(huì)意味(wèi)着人类并不孤单(dān)呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的(de)大前提是要先找到暗物(wù)质存(cún)在的(de)实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质(zhì)到底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的(de)动力！

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