宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什(shén)么(me)？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们(men)在过去的几十年当(dāng)中进(jìn)行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没(méi)有发现任(rèn)何的有效证据(jù)。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往后的几百年来(lái)，当天文学家(jiā)们发(fā)现某(mǒu)些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定律的时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过(guò)引力(lì)在(zài)摄动它的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天(tiān)王(wáng)星运行(xíng)轨道(dào)的异(yì)常，推算并且发现了海王(wáng)星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重大天文(wén)成就的例子。但是(shì)这(zhè)些发现都是(shì)在(zài)恒(héng)星(xīng)系统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当我们(men)上升(shēng)到星系或(huò)者(zhě)是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹(zī)威基正在研(yán)究和测(cè)量后发星系团的质量。这是一个由数千(qiān)个星(xīng)系(xì)所组成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束(shù)缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一(yī)般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各(gè)个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测量(liàng)星系团中的各个星系相对于星系(xì)团的运动速度。当(dāng)测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量并不以可见(jiàn)光的形(xíng)式所存在(zài)，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程中，兹(zī)威基(jī)发(fā)现星(xīng)系团(tuán)中很多星系(xì)的速度(dù)比(bǐ)理(lǐ)论上要快(kuài)得(dé)多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系的(de)质量(liàng)所产生的引力是无法将它们束(shù)缚(fù)在星系团内的，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛出星系(xì)团之外了，除非(fēi)有一(yī)种神秘的力(lì)量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提(tí)出了(le)这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光(guāng)、吸(xī)光、反(fǎn)射(shè)光，但是(shì)它们却(què)占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再(zài)一(yī)次(cì)出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福(fú)特在观测(cè)仙(xiān)女座星系中的(de)恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是(shì)他(tā)们(men)观测的结果却(què)让(ràng)人感(gǎn)到不可(kě)思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律(lǜ)，在(zài)星(xīng)系当中如(rú)果(guǒ)没有(yǒu)足够大(dà)的质量(liàng)来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中了(le)。基于这种现象，科学家们(men)会使用一种相对标(biāo)准的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是(shì)测量星系当中气体在(zài)X轴上(shàng)距离星系中心(xīn)的(de)距离，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度(dù)。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中(zhōng)。

于是(shì)科(kē)学家(jiā)们通过(guò)射(shè)电望远镜测量了距离(lí)星系中(zhōng)心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋(xuán)转速(sù)度并不(bù)符合(hé)牛顿的力(lì)学定律。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位(wèi)于银(yín)河系的第(dì)三悬臂之上，距离银(yín)河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远大于理论速(sù)度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种向心加速度的原因很(hěn)可(kě)能就是存在(zài)着一(yī)种我们看不到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗(àn)物质的存在。科(kē)学家根据(jù)星系外恒星轨道(dào)的速(sù)度，估(gū)算在(zài)星系(xì)当中暗(àn)物(wù)质(zhì)的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可(kě)以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一(yī)个(gè)反常的(de)星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量(liàng)却只有银(yín)河系的千(qiān)分之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们(men)使用最先进(jìn)的望远镜对其进行(xíng)了(le)40个小时(shí)的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒(héng)星运(yùn)动(dòng)是可以用正常的(de)物质和(hé)力学(xué)定律来(lái)解释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出(chū)，也许该(gāi)星系(xì)的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近的(de)另(lìng)一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成这(zhè)些(xiē)现象的除了(le)暗(àn)物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力(lì)很可能在不(bù)同(tóng)尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所理解的(de)方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则是不同的(de)方(fāng)式。对(duì)于在星(xīng)系团之间的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是(shì)在数百万光(guāng)年(nián)的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这(zhè)意味着我(wǒ)们需要对现在的物理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些发(fā)现也让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就(jiù)此终(zhōng)结。但是(shì)在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中还(hái)有关于暗物质存在(zài)的(de)其他的理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没(méi)法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似(shì)这(zhè)样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当(dāng)中。当星(xīng)团(tuán)以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的(de)时候(hòu)，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星系团大(dà)部分(fēn)的(de)质量将位(wèi)于所有(yǒu)这(zhè)些气体所在的中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张(zhāng)全彩的高(gāo)清照片(piàn)，在照片中我(wǒ)们(men)可以明显地(dì)看到很多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的(de)形(xíng)变。其实(shí)这(zhè)些星(xīng)系本身并不是真的(de)被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什(shén)么问题，而是(shì)这(zhè)样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一个(gè)质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量的东西(xī)的引力，会(huì)使身后更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可(kě)能是超(chāo)大(dà)质量(liàng)的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释方法就是(shì)当星团发生全部的(de)碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了(le)这个区域(yù)，并(bìng)在两边形成了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星(xīng)系团(tuán)的(de)引力(lì)透镜(jìng)研(yán)究也被(bèi)认为是(shì)暗物(wù)质存(cún)在的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中了(le)。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空(kōng)间背(bèi)景上留下(xià)了各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐射(shè)。其中红色的(de)部(bù)分表示(shì)温(wēn)度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但(dàn)实际上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们(men)通过(guò)对前景(jǐng)背景(jǐng)分离后的二值图像进行连通(tōng)域(yù)提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗(àn)物质(zhì)，图(tú)形(xíng)看起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会(huì)减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射(shè)的测(cè)量值，我们需要的暗物质(zhì)大约(yuē)是普通物质的(de)5倍。这个(gè)数(shù)字与解释星系(xì)当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这(zhè)就意味着。

用了(le)一(yī)个(gè)简(jiǎn)单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质的本(běn)质(zhì)就是(shì)宇宙当中存在着某种类型(xíng)的(de)粒子，它们(men)不参与(yǔ)任(rèn)何其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于(yú)找到了暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。这种粒(lì)子(zi)到底是什(shén)么？科学家们已经提出了数(sm是什么意思性取向hù)十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的(de)实验方式也不相同。在(zài)过去的(de)几十年(nián)当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎(hū)不会(huì)与常规(guī)物质相互作用的(de)“暗(àn)物质”，科学家们已经进行(xíng)了超(chāo)过50次的实验，却没(méi)有任何(hé)实质性的发现，除了(le)一个地(dì)方(fāng)，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的(de)探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发(fā)现了一(yī)个(gè)有趣的事情。探(tàn)测率会在每(měi)年的6月份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最(zuì)低(dī)，而且在(zài)20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这(zhè)可能是(shì)人类(lèi)发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太(tài)阳(yáng)系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的(de)速度围(wéi)绕(rào)着(zhe)银河系进(jìn)行移动，那么(me)如果暗物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度在(zài)穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会(huì)产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半(bàn)年的(de)时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向(xiàng)是一致的，而(ér)另外半年则(zé)与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致(zhì)，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越暗物质(zhì)流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系(xì)的(de)平面呈现了60度的(de)倾斜(xié)，但是这(zhè)并不影响这个理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也可能有其他的(de)情况，造成这种年度周期信号的差异(yì)也(yě)可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意(yì)大(dà)利游客的数量也符(fú)合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了一个(gè)几乎相同(tóng)的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室(shì)正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征(zhēng)和(hé)第一个(gè)实验室是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的(de)信号，就可以成为暗物质所存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还无法提供相应的数据支持(chí)。另(lìng)外(wài)，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台(tái)新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供(gōng)的视野(yě)是哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中一个关键(jiàn)的(de)用途就是探(tàn)索暗(àn)物(wù)质背后的奥秘，对于探测(cè)的结(jié)果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验(yàn)室(shì)粒(lì)子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存(cún)在，它(tā)们极有可能拥有另一(yī)种神秘的效(xiào)应，这种暗物(wù)质效应(yīng)，会(huì)支持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命(mìng)进化的一(yī)个重要(yào)因素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的(de)行星(xīng)上(shàng)，暗物质(zhì)正在(zài)通过这(zhè)样的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然(rán)，这些推(tuī)论的大(dà)前提是(shì)要先(xiān)找到暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得暗物质(zhì)到(dào)底存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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