宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是(shì)却没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一个地(dì)方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲(zhé)学(xué)数学原理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的(de)几百年来(lái)，当天文学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符(fú)合万有引(yǐn)力(lì)定律的时候，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围一定有未知的天(tiān)体通过引力(lì)在摄动(dòng)它的(de)轨(guǐ)道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道(dào)的异常，推算并且发(fā)现了海(hǎi)王星的(de)存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得重大(dà)天文成就的例(lì)子。但是这(zhè)些发(fā)现都是(shì)在恒星(xīng)系统的尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度(dù)，事(shì)情(qíng)就(jiù)开始(shǐ)变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹(zī)威基正(zhèng)在研究和(hé)测量后(hòu)发星系团(tuán)的质量。这是一个由数千个星系所组成的(de)巨(jù)大(dà)星系团，这(zhè)些星系(xì)被引力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量(liàng)星系团的质量一般会(huì)使(shǐ)用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致，就可(kě)以确定其质量(liàng)的范(fàn)围。

第(dì)一种是获(huò)得其"光度(dù)学(xué)的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第(dì)二种是(shì)动(dòng)力(lì)学(xué)质量的计算(suàn)，是利用光(guāng)谱红移测量星(xīng)系团中的各(gè)个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测量结果出(chū)来(lái)之后(hòu)，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或(huò)者说这99%的(de)质量(liàng)并(bìng)不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过(guò)程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多(duō)星(xīng)系(xì)的(de)速度比理论上要(yào)快得多，按照牛(niú)顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产(chǎn)生的(de)引力(lì)是(shì)无法将它们束缚(fù)在星系团内(nèi)的，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛出星(xīng)系团之(zhī)外了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于(yú)某种隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分(fēn)的质(zhì)量。只是(shì)当时的人(rén)们对(duì)这样的一种说(shuō)法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再(zài)一次出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系(xì)中(zhōng)的(de)恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星(xīng)在其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感(gǎn)到不可思议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是(shì)根据牛(niú)顿的万(wàn)有引力(lì)定律，在(zài)星系(xì)当中如(rú)果没有足够大(dà)的质量来吸(xī)引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科(kē)学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法(fǎ)来(lái)解释(shì)暗物质的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就(jiù)是测量星(xīng)系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距离星(xīng)系中心(xīn)的(de)距离，以及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋(xuán)转速度。如果出现异(yì)常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过(guò)射(shè)电望远镜测(cè)量(liàng)了距离(lí)星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的(de)太(tài)阳(yáng)系也(yě)不例外，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太(tài)阳(yáng)系的(de)运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速(sù)度围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个(gè)实(shí)际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上这(zhè)种向心(xīn)加速(sù)度的原因很(hěn)可能(néng)就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我们(men)看不到的物质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时(shí)开始(shǐ)，越来越多的研究人员开(kāi)始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯(wéi)一可以(yǐ)解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的(de)研(yán)究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的(de)微(wēi)小差异(yì)。另外，天文学家(jiā)还发现了一(yī)个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却(què)只有(yǒu)银河系(xì)的(de)千分之(zhī)一(yī)。

所(suǒ)以在理论(lùn)上(shàng)，该星系必须(xū)存(cún)在(zài)暗(àn)物质(zhì)，否则(zé)就会分崩(bēng)离析。但是科学家们(men)使用最先进的望远镜(jìng)对(duì)其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也(yě)许该(gāi)星系的暗物质，已经被(bèi)附近的(de)另(lìng)一(yī)个大星系剥离(lí)了。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近没有任何星系存在。造成(chéng)这些(xiē)现象的(de)除了暗物质(zhì)的(de)假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度(dù)空(kōng)间中(zhōng)的(de)工作方(fāng)式(shì)是(shì)不(bù)同的，这(zhè)意味着在行(xíng)星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式(shì)运(yùn)动。但是(shì)上升到星系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力之间的(de)相互(hù)作(zuò)用(yòng)则是不同的方式(shì)。对于在星系团之(zhī)间的相(xiāng)互(hù)作用，科学家还(hái)引入了外部场效(xiào)应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对(duì)现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发(fā)现也(yě)让很多(duō)人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结(jié)。但是(shì)在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关于(yú)暗物质存在(zài)的其他的理论证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据(jù)是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子(zi)弹星系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星团，它们(men)大(dà)部分(fēn)的普通(tōng)质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会(huì)导致温度的急(jí)剧升高，速度(dù)大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系(xì)团大部分(fēn)的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的(de)中(zhōng)间区(qū)域。那么我(wǒ)们通过什么(me)来验证它的质量区域到底(dǐ)是不(bù)是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(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，在照(zhào)片中我们可以明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的(de)形(xíng)变。其实(shí)这些(xiē)星系本(běn)身并不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上(shàng)的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨(jù)大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东(dōng)西(xī)的引力(lì)，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星(xīng)系的光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是(shì)引力(lì)透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超大(dà)质量的(de)黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当人们对子(zi)弹星系(xì)团观测(cè)的时候，发现它(tā)的大(dà)质量(liàng)区(qū)域并(bìng)不是在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解(jiě)释(shì)方法就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗(àn)物(wù)质(zhì)则直接通过了这个区域，并(bìng)在(zài)两(liǎng)边形成了引力透镜(jìng)。对子(zi)弹星(xīng)系(xì)团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存在的(de)迄(qì)今为止最(zuì)好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的(de)光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可(kě)见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各(gè)相(xiāng)同性(xìng)的微波(bō)辐射。其中红色(sè)的部分表示(shì)温度较(jiào)高的区(qū)域(yù)，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们(men)之间的(de)温差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学(xué)家们通(tōng)过对(duì)前景背景分离后的二值图(tú)像进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物质，图(tú)形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射(shè)的测量(liàng)值，我们需要(yào)的(de)暗物(wù)质大(dà)约(yuē)是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解(jiě)释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是(shì)一致的(de)。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了一个简单的(de)理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物(wù)质的本质就(jiù)是宇宙当中存(cún)在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于(yú)找到了(le)暗物质存在的实际(jì)证据。这(zhè)种粒子到底是什(shén)么？科学家们(men)已(yǐ)经提出了(le)数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不(bù)同(tóng)的目标粒子所需要的实(shí)验方式也(yě)不相(xiāng)同。在过去(qù)的(de)几(jǐ)十年当中，人(rén)类为(wèi)了寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何(hé)实质性的发现，除了(le)一(yī)个(gè)地方，意(yì)大利的格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地(dì)球(qiú)上最大的(de)地学实(shí)验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测到(dào)了某种信号(hào)。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会(huì)在(zài)每年(nián)的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都(dōu)是一样。一些(xiē)科学家认(rèn)为这可能是人类发现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速度围绕着(zhe)银河系进行(xíng)移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会(huì)产生(shēng)相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球(qiú)又(yòu)以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以(yǐ)有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太(tài)阳(yáng)环绕(rào)银河系的方向是(shì)一致的，而另外(wài)半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好(hǎo)达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗(àn)物(wù)质流最(zuì)快的时(shí)段。而在11月(yuè)份，又恰好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的情况(kuàng)中(zhōng)，太(tài)阳系相对(duì)银河系(xì)的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科(kē)学(xué)家认(rèn)为这可(kě)以用(yòng)来(lái)解(jiě)释，研究(jiū)人(rén)员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也(yě)可能(néng)有(yǒu)其(qí)他(tā)的情况，造成这(zhè)种年度周(zhōu)期信号的差异也可(kě)能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连(lián)意大(dà)利游客的(de)数量(liàng)也符合这个周(zhōu)期的(de)规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又(yòu)在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实(shí)验室，这里的季节与(yǔ)之前的实(shí)验(yàn)室正(zhèng)好相反，而在(zài)这里，地(dì)球穿(chuān)过暗(àn)物质流733是什么意思的运(yùn)动特征和第一(yī)个实验(yàn)室(shì)是一样(yàng)的(de)。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号(hào)，就可以成为暗(àn)物质所(suǒ)存在的非常有力的证(zhèng)据了(le)。但是由于(yú)这(zhè)个(gè)实验(yàn)室(shì)刚(gāng)刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应(yīng)的(de)数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新(xīn)的望远镜，这(zhè733是什么意思)台(tái)太(tài)空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是(shì)哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的用途(tú)就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能(néng)拭目(mù)以待(dài)了。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗物质存(cún)在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗(àn)物质效应(yīng)，会支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生命进(jìn)化的(de)一个重要因素。

如果这一(yī)理论得(dé)到进一步(bù)的(de)证实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗物质(zhì)会不会意(yì)味着人类并不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某个角落的(de)行星(xīng)上，暗物质正在(zài)通过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的(de)大(dà)前提是要先(xiān)找到暗物质存在(zài)的实(shí)际证据(jù)。那么小伙伴们，你们(men)觉(jué)得暗物质(zhì)到底存(cún)不存(cún)在(zài)呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是(shì)我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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