宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证据，科学家(jiā)们在过(guò)去的(de)几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何(hé)的(de)有效证据(jù)。除了一个(gè)地方，在(zài)1687年(nián)出版的(de)自然哲(zhé)学数学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了(le)宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常(cháng)，不(bù)符合(hé)万有引力(lì)定(dìng)律的时候(hòu)，他们就会(huì)知(zhī)道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的(de)天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过(guò)天王星运(yùn)行轨道的(de)异(yì)常，推(tuī)算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发现都是应(yīng)用万有引力(lì)定律所取得重大天文成就的(de)例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上(shàng)升到(dào)星系或者是星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里茨(cí)兹(zī)威基正(zhèng)在研究和测量(liàng)后发星系团的(de)质(zhì)量。这是(shì)一个由数(shù)千个星系所组成的巨大(dà)星系(xì)团，这些星(xīng)系被引力束(shù)缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会(huì)使(shǐ)用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要的(de)数据是测量(liàng)各(gè)个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学(xué)质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系(xì)团中(zhōng)的各个星系相对(duì)于星系(xì)团的运(yùn)动速(sù)度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并(bìng)不以(yǐ)可(kě)见(jiàn)光的形(xíng)式所存在(zài)，我们(men)无法看到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测(cè)量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基发现星(xīng)系团(tuán)中很多(duō)星系的速度比理论上要(yào)快得多，按(àn)照牛顿的(de)运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的引力(lì)是无法(fǎ)将它(tā)们束缚在星(xīng)系(xì)团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团(tuán)之外(wài)了(le)，除非(fēi)有一种神秘的力(lì)量(liàng)在起作用，这(zhè)种力量(liàng)来源于某种隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见的(de)暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个(gè)词(cí)才再(zài)一次(cì)出(chū)现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越远的(de)恒星在其(qí)轨道上的(de)运(yùn)行速度就会越慢。但(dàn)是他们(men)观测的结果(guǒ)却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距(jù)离的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系(xì)当中如果没有足够(gòu)大的质(zhì)量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到(dào)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。基(jī)于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们会(huì)使用(yòng)一种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来(lái)解(jiě)释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离(lí)星(xīng)系(xì)中心的距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜测量了距离星系中心更远距离(lí)的(de)氢元素，发(fā)现它们(men)的旋(xuán)转速(sù)度并不符(fú)合(hé)牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳系位(wèi)于银河系(xì)的第三(sān)悬臂之上，距离(lí)银河(hé)系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个(gè)实际速度(dù)远远(yuǎn)大(dà)于(yú)理论(lùn)速度，那(nà)么产(chǎn)生(shēng)以上这种向(xiàng)心加(jiā)速度的原因很可(kě)能就是存(cún)在着一种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集(jí)在了一起。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多(duō)的(de)研究人员(yuán)开始相信暗物质的(de)存在。科(kē)学家根据(jù)星(xīng)系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算(suàn)在星系当中(zhōng)暗(àn)物质(zhì)的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一(yī)可以解(jiě)释这(zhè)个(gè)现(xiàn)象的原因。在一项(xiàng)新的(de)研究当中，科(kē)学家(jiā)们(men)发(fā)现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会(huì)出现速(sù)度(dù)上的微(wēi)小差(chà)异。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星(xīng)数量却只有银(yín)河(hé)系的千分(fēn)之一。

所以在(zài)理论上，该星系(xì)必须存(cún)在暗(àn)物质，否则就会分崩(bēng)离(lí)析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细测量(liàng)之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用正常的(de)物质和(hé)力(lì)学定(dìng)律来解释的。那么又有(yǒu)人(rén)提(tí)出(chū)，也(yě)许该(gāi)星系的(de)暗物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就(jiù)是人类对(duì)引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度空间(jiān)中(zhōng)的工(gōng)作方(fāng)式(shì)是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的(de)天体会沿(yán)着它(tā)们(men)的轨道(dào)，按(àn)照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上(shàng)升到星系和(hé)星(xīng)团的尺度(dù)，引力之间的相互作用(yòng)则是不同(tóng)的方式。对(duì)于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科(kē)学家还引入了(le)外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万(wàn)光(guāng)年的规模(mó)上，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立，这意(yì)味(wèi)着我们(men)需要对现在的物(wù)理(lǐ)定(dìng)律进行修正，这(zhè)些(xiē)发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于(yú)暗(àn)物质存在(zài)的其他(tā)的(de)理(lǐ)论证(zhèng)据，这些理论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法(fǎ)解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的(de)子弹星(xīng)系团，由两个(gè)碰撞的(de)星系团(tuán)所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气(qì)体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就(jiù)会(huì)导(dǎo)致温度(dù)的急剧升高，速萍乡市是哪个省，萍乡市是哪个省的城市度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团(tuán)大(dà)部分的质量将位于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那(nà)么(me)我们通过什么来验证它的质量区域到(dào)底是不是集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望(wàng)远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片(piàn)，在照片中我(wǒ)们可以明显地(dì)看(kàn)到很多(duō)星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本身(shēn)并不是真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么问题(tí)，而是这样(yàng)极遥远的天(tiān)体和我们地球(qiú)上(shàng)的观(guān)测者之(zhī)间。被一(yī)个质量超级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的(de)引力，会(huì)使身后更遥(yáo)远星系(xì)的(de)光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个(gè)巨大(dà)的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是暗物(wù)质。

所以当(dāng)人们(men)对子(zi)弹(dàn)星系团观测的时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释方法就(jiù)是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通(tōng)过了这个区(qū)域，并在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜(jìng)研(yán)究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的(de)理论(lùn)证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留(liú)下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红色(sè)的(de)部(bù)分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的(de)区域，但实(shí)际上(shàng)它(tā)们之间的温差(chà)只有万分(fēn)之(zhī)一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后的二(èr)值(zhí)图(tú)像进行连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗(àn)物(wù)质，图形看起(qǐ)来不应该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗物(wù)质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的(de)幅(fú)度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物(wù)质(zhì)大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需(xū)要的暗物质(zhì)比例是一(yī)致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地(dì)解(jiě)释了很多不同的观测(cè)结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当(dāng)中存在着某(mǒu)种类(lèi)型(xíng)的粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁(cí)作用(yòng)，只通过引力来(lái)相互作用。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是什么(me)？科(kē)学家们已(yǐ)经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的实验方式也(yě)不相同(tóng)。在过去的几十年当(dāng)中，人(rén)类(lèi)为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸(mō)不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物质相互作用(yòng)的(de)“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任(rèn)何实质性(xìng)的发(fā)现，除(chú)了(le)一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的地学实(shí)验(yàn)室(shì)，这个(gè)实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三(sān)层楼高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称观(guān)测到了某种信号。经(jīng)过了20多(duō)年的数据收集，人们发(fā)现了(le)一个(gè)有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达(dá)到峰(fēng)值，然后在(zài)11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学(xué)家认为这可能(néng)是人类发现暗(àn)物质的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗(àn)物质会(huì)产生周期(qī)性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太(tài)阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕着银河系(xì)进(jìn)行(xíng)移动，那(nà)么(me)如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样(yàng)的(de)速度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程(chéng)中会产生相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地(dì)球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而(ér)另外半(bàn)年(nián)则(zé)与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地(dì)球与太(tài)阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地(dì)球穿越暗物质流最快(kuài)的(de)时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银(yín)河(hé)系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不影(yǐng)响这(zhè)个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到的周期(qī)性信号。当然(rán)也可(kě)能有其(qí)他(tā)的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年(nián)度周期信号的差异也(yě)可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大利(lì)游客(kè)的数量也符合这(zhè)个周期的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又在南(nán)半(bàn)球建(jiàn)立(lì)了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的(de)季(jì)节与之前的(de)实验室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在(zài)这里可(kě)以得到相(xiāng)同的信(xìn)号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由(yóu)于这(zhè)个实(shí)验室刚(gāng)刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前还(hái)无法提供相应的数据支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新的望远镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其中一个关键的用途就(jiù)是探(tàn)索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实(shí)验(yàn)室粒子(zi)天(tiān)体(tǐ)物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发(fā)现(xiàn)，如(rú)果暗物质存(cún)在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥(yōng)有(yǒu)另一种(zhǒng)神(shén)秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物(wù)质(zhì)效(xiào)应，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生(shēng)命的(de)诞(dàn)生(shēng)，或者说是生命进(jìn)化的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如(rú)果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落的行星上(shàng)，暗物质(zhì)正在(zài)通(tōng)过这(zhè)样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不(bù)存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持(chí)是我(wǒ)更新的(de)动力！

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