宇宙是“人为制造(zào)”的(de)？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在(zài)的证据(jù)，科学家们在过(guò)去的几十年当中进(jìn)行了(le)超过50次的长期(qī)实验，但是却没有(yǒu)发(fā)现(xiàn)任何的有效证据。除(chú)了一个地(dì)方，在1687年(nián)出(chū)版(bǎn)的(de)自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发(fā)现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常(cháng)，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道(dào)的异常(cháng)，推(tuī)算并(bìng)且发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的发(fā)现都(dōu)是应用万有引力(lì)定律所(suǒ)取得重大(dà)天(tiān)文(wén)成就(jiù)的例子。但是这些发(fā)现都是在(zài)恒(héng)星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升(shēng)到星(xīng)系或(huò)者是星(xīng)团的尺度(dù)，事(shì)情就(jiù)开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的(de)物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研究和(hé)测量后发星(xīng)系团的质(zhì)量。这是一个由数千个(gè)星系所组(zǔ)成的巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星系被引力(lì)束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量(liàng)的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要(yào)的(de)数(shù)据(jù)是测量各个星系(xì)的(de)光度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测(cè)量星系团中的各(gè)个星系相(xiāng)对于星(xīng)系(xì)团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或者说这(zhè)99%的(de)质(zhì)量并不(bù)以可见光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的(de)是(shì)，在(zài)测量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基发现星(xīng)系团(tuán)中很(hěn)多星(xīng)系(xì)的速度比理论上要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产生的引力是(shì)无法将它们(men)束缚(fù)在星系团内的，它们(men)早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了(le)，除(chú)非有一种神(shén)秘的力量(liàng)在起(qǐ)作(zuò)用，这(zhè)种力量来(lái)源于某种隐(yǐn)形的物(wù)质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸(xī)光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当(dāng)时的人(rén)们对这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一(yī)次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来(lái)说，距离(lí)中心(xīn)越(yuè)远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是(shì)他(tā)们(men)观(guān)测的结果却让人感到不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒星(xīng)的(de)旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的(de)质量来吸引它们，这(zhè)些(xiē)外围(wéi)的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的(de)方(fāng)法来解释暗(àn)物质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方法就是(shì)测量星(xīng)系当中气(qì)体在(zài)X轴上距(jù)离星系(xì)中心(xīn)的(de)距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为(wèi)是(shì)由暗物质(zhì)的(de)力量进入(rù)其中。

于是科学家(jiā)们通过射电望(wàng)远镜(jìng)测量了(le)距离星系(xì)中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)并(bìng)不(bù)符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不(bù)例外，太阳系位于(yú)银河(hé)系(xì)的(de)第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行(xíng)计算，太阳系(xì)的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产(chǎn)生以上这种向(xiàng)心加速(sù)度的原因很(hěn)可能就是(shì)存在着一种我(wǒ)们看(kàn)不到的物质，是(shì)这些暗物质的引(yǐn)力(lì)效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越来越多的(de)研(yán)究人(rén)员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的存在(zài)。科(kē)学家根(gēn)据星系外恒星轨道(dào)的速度，估(gū)算(suàn)在星(xīng)系当中暗物(wù)质(zhì)的质量占整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质并不(bù)是唯一可以解(jiě)释(shì)这个(gè)现象的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的(de)微(wēi)小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离(lí)地球大约(yuē)2.5亿(yì)光(guāng)年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但是(shì)星系当中存在的(de)恒星(xīng)数量却只有银河(hé)系的千分之一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就(jiù)会(huì)分崩(bēng)离析。但是科学家们(men)使用(yòng)最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正(zhèng)常的物质和力学定(dìng)律来(lái)解释的。那么又有人提(tí)出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任(rèn)何星(xīng)系存在。造成这些现象的除(chú)了(le)暗物质的假说之(zhī)外，另一(yī)种(zhǒng)可能(néng)就是人(rén)类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方(fāng)式是(shì)不同(tóng)的，这意味着在(zài)行(xíng)星系尺度中的(de)天体会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式(shì)运动。但是上(shàng)升到星(xīng)系和星团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相(xiāng)互作用则是不(bù)同的方式。对于(yú)在星(xīng)系(xì)团之间的相互作用，科学家还(hái)引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数(shù)百万(wàn)光年的规模上，巨大的(de)质量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发(fā)现也让很(hěn)多人(rén)认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关(guān)于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类(lèi)似这样的(de)星团，它们大部分的(de)普通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的(de)质量将位于(yú)所有耳朵旁的字有哪些字，带右耳朵旁的字有哪些这些(xiē)气(qì)体所在的中间区域。那么(me)我们(men)通过什(shén)么(me)来验证它的质量区域到底是不是集中耳朵旁的字有哪些字，带右耳朵旁的字有哪些在中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可(kě)以明显(xiǎn)地看(kàn)到很多星系(xì)似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的(de)形变。其(qí)实这些(xiē)星系本身并不是(shì)真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球(qiú)上(shàng)的观测(cè)者(zhě)之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量(liàng)的东西(xī)的引力，会使身后(hòu)更(gèng)遥(yáo)远星系的光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就(jiù)是引力(lì)透镜效应(yīng)。这个(gè)巨(jù)大的天体(tǐ)可(kě)能是超大(dà)质(zhì)量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它(tā)的大(dà)质量区(qū)域并不是在中间，而是(shì)在两(liǎng)侧(cè)。所以最好的解释方法就(jiù)是当星(xīng)团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力(lì)透镜。对子(zi)弹星系团的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自(zì)宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些光在(zài)宇宙空(kōng)间背景上留下了(le)各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的(de)部分表示温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则(zé)表(biǎo)示(shì)相对较冷(lěng)的(de)区域，但(dàn)实际上它(tā)们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景(jǐng)分离后的二值图像进行连通(tōng)域提取和(hé)标记之后(hòu)发现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物(wù)质，图形看起来(lái)不应(yīng)该是这样的，而(ér)随着暗(àn)物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值(zhí)，我们(men)需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字(zì)与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理(lǐ)论(lùn)框架，就很好地(dì)解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着(zhe)某(mǒu)种类(lèi)型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来(lái)相互作用(yòng)。所以(yǐ)如(rú)果能(néng)够找到这种粒(lì)子的(de)存在，就相(xiāng)当(dāng)于(yú)找到(dào)了(le)暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒(lì)子到底(dǐ)是什么(me)？科学家(jiā)们(men)已(yǐ)经提出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不同的目标粒(lì)子所需要的实验方式也(yě)不(bù)相同。在过去的(de)几十(shí)年(nián)当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却(què)没有(yǒu)任(rèn)何实质性的(de)发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球上最大的地学(xué)实验室(shì)，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物(wù)质粒子(zi)的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的(de)科学(xué)家声称(chēng)观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个(gè)有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一(yī)些科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的(de)第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期(qī)性的年(nián)度信号(hào)呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕(rào)着银(yín)河(hé)系进(jìn)行移动，那么(me)如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速度在(zài)穿越着暗(àn)物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳(yáng)进行旋(xuán)转。所以有半年(nián)的时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方(fāng)向是(shì)一致的，而另(lìng)外(wài)半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳(yáng)的方向正好达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实(shí)际(jì)的情(qíng)况中，太阳系相对(duì)银(yín)河系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这(zhè)并不影(yǐng)响这个(gè)理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家认为这(zhè)可以用来解释(shì)，研(yán)究人员们所观(guān)测到的(de)周期性信号。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年(nián)度(dù)周期信号的差异(yì)也可能是(shì)温(wēn)度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚至连意(yì)大(dà)利游客的(de)数量也符合(hé)这个周期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又(yòu)在南半球建立了一个(gè)几(jǐ)乎相同的(de)实(shí)验室，这里的(de)季(jì)节(jié)与之前(qián)的实验(yàn)室(shì)正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特(tè)征和第一(yī)个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到(dào)相同的信号，就(jiù)可(kě)以成(chéng)为暗物质所存在(zài)的非常(cháng)有力的证据了。但是(shì)由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应(yīng)的数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯(sī)罗曼太(tài)空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探索暗(àn)物质背后的(de)奥秘，对于探测(cè)的结果，我(wǒ)们只能拭目(mù)以待(dài)了。费米实验室(shì)粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物(wù)质会不会意味着(zhe)人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前(qián)提是要(yào)先(xiān)找到(dào)暗物(wù)质存在(zài)的实(shí)际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是(shì)我更(gèng)新的动力！

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