宇宙是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何(hé)会存(cún)在科(kē)学无(wú)法解(jiě)释的(de)“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是(shì)什么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过去(qù)的(de)几十年当(dāng)中进行了(le)超过50次的长期实验，但是(shì)却没有发现任(rèn)何(hé)的(de)有(yǒu)效证据。除了一个地(dì)方，在(zài)1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学数学原(yuán)理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力定律的时候，他(tā)们(men)就会知(zhī)道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的天体通过引力在(zài)摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天(tiān)王星(xīng)运行轨道的异(yì)常，推算(suàn)并且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的(de)例子。但是这(zhè)些发现都(dōu)是(shì)在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当(dāng)我(wǒ)们上(shàng)升到星(xīng)系(xì)或者是星团的尺度(dù)，事(shì)情就开始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗(fú)里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究和测量后发星(xīng)系团(tuán)的质量(liàng)。这是(shì)一个由数千个星系所组成的(de)巨大(dà)星(xīng)系团，这些星系被引(yǐn)力(lì)束缚(fù)在一(yī)起。测量星(xīng)系团的(de)质(zhì)量一(yī)般会使用到(dào)两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就可以确(què)定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种是获(huò)得其(qí)"光度学(xué)的质量"，需要(yào)的数据是测(cè)量各个(gè)星系的(de)光度。

第二(èr)种是动力学质量(liàng)的(de)计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星(xīng)系相对于星系团的(de)运(yùn)动速度(dù)。当测量结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可(kě)见光(guāng)的(de)形式所(suǒ)存在，我们(men)无法看(kàn)到。最诡异(yì)的是(shì)，在测(cè)量速(sù)度的(de)过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系的速度比理(lǐ)论上要快(kuài)得(dé)多，按(àn)照牛顿(dùn)的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所(suǒ)产生(shēng)的(de)引(yǐn)力是无法将它们束(shù)缚(fù)在星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星(xīng)系(xì)团之外(wài)了，除(chú)非(fēi)有一种神秘的(de)力量在(zài)起作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可(kě)见(jiàn)的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射光，但是它(tā)们(men)却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当(dāng)时的(de)人(rén)们对这样的一种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福(fú)特在(zài)观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论(lùn)上来(lái)说，距(jù)离(lí)中(zhōng)心(xīn)越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但(dàn)是他们(men)观(guān)测的结果却(què)让人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变(biàn)。可(kě)是(shì)根(gēn)据牛顿的(de)万有引力定律，在星(xīng)系当中如果没有(yǒu)足(zú)够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的恒(héng)星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于(yú)这种现象，科(kē)学家们会使用一种(zhǒng)相对(duì)标准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量星系当(dāng)中(zhōng)气(qì)体在X轴上距离星(xīng)系中心的(de)距(jù)离，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的(de)旋转速(sù)度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是(shì)由暗物质的力(lì)量(liàng)进入其中。

于是科学家们通(tōng)过(guò)射电望远镜测量了(le)距离星系(xì)中(zhōng)心(xīn)更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符(fú)合牛顿(dùn)的力(lì)学定律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也(yě)不例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河(hé)系(xì)中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定(dìng)律进行(xíng)计(jì)算，太阳系的(de王杰2001年后嗓子变了谁下的毒，王杰2001年后嗓子变了还唱歌吗)运行(xíng)速度(dù)应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度远远大于(yú)理论(lùn)速度，那么(me)产(chǎn)生(shēng)以上(shàng)这种向(xiàng)心(xīn)加速(sù)度的原因很可(kě)能就是存在着一种我们看不到(dào)的(de)物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系(xì)外恒星轨(guǐ)道(dào)的(de)速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个(gè)现象的原因。在一(yī)项(xiàng)新的研究(jiū)当中(zhōng)，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文学家还发现了(le)一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银河系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却(què)只有(yǒu)银(yín)河系的千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该星(xīng)系必须(xū)存在暗(àn)物质，否则(zé)就会分(fēn)崩离(lí)析(xī)。但是科学(xué)家们使用最(zuì)先进的(de)望远(yuǎn)镜对(duì)其进行了(le)40个小(xiǎo)时的(de)详细测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中的(de)恒星运(yùn)动(dòng)是可以用正常的物质和力学定律来解释(shì)的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星系的(de)暗物(wù)质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星系(xì)存在(zài)。造成这些现象的除了暗物(wù)质的(de)王杰2001年后嗓子变了谁下的毒，王杰2001年后嗓子变了还唱歌吗假说之外，另一(yī)种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作方式是不(bù)同的，这意味着在(zài)行星系(xì)尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨(guǐ)道(dào)，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的(de)方(fāng)式。对于在(zài)星系(xì)团(tuán)之间(jiān)的(de)相互作(zuò)用，科学家(jiā)还引入(rù)了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光(guāng)年(nián)的规模上，巨(jù)大的(de)质量之间会产生对(duì)彼此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这(zhè)意味着(zhe)我们需要对(duì)现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也(yě)让(ràng)很多人认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于(yú)暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的星系团(tuán)所组成，类(lèi)似这样(yàng)的(de)星(xīng)团，它们大部分的(de)普通质量都在星系(xì)的气体(tǐ)当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小时(shí)发生(shēng)碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)时候，星际气体的相互作用(yòng)就(jiù)会导致(zhì)温度的急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的(de)质(zhì)量将位于所有这(zhè)些气体所在的中间区域(yù)。那么我们通过什么来验(yàn)证它的质量区(qū)域到底是不是集中在中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了(le)宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些(xiē)星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和我们地球(qiú)上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的(de)光都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或者是(shì)暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质量区域并不(bù)是在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧(cè)。所以(yǐ)最好的(de)解释(shì)方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的(de)质量气体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗物质则直接(jiē)通过(guò)了这个区域，并在两边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团(tuán)的(de)引(yǐn)力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理论(lùn)证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的(de)光(guāng)。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过(guò)了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射(shè)。其(qí)中红(hóng)色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万分之一。

科(kē)学(xué)家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像进(jìn)行连通(tōng)域提取和标记(jì)之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物(wù)质(zhì)，图形看(kàn)起来不应该是(shì)这(zhè)样的，而(ér)随着暗(àn)物质(zhì)的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐(fú)射(shè)的测(cè)量值，我们需要的(de)暗(àn)物质大约是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当(dāng)中恒星(xīng)运动所需要的暗物(wù)质比例是一致的(de)。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质(zhì)的(de)本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力(lì)来相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果(guǒ)能够(gòu)找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数十(shí)种的(de)假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标粒子(zi)所(suǒ)需要的(de)实(shí)验方式也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻(xún)找这些看不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了(le)超过(guò)50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的(de)地下矿井当(dāng)中，藏着地球上(shàng)最大(dà)的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三(sān)层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗(àn)物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观(guān)测到了某种信(xìn)号(hào)。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率(lǜ)会(huì)在每年的(de)6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月降到最低，而(ér)且在20年当(dāng)中(zhōng)每(měi)年(nián)都是(shì)一(yī)样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什(shén)么暗物质(zhì)会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗(àn)物质流(liú)，这(zhè)个过(guò)程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时间，地(dì)球围绕太(tài)阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到(dào)完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时(shí)段。而(ér)在(zài)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)的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这(zhè)并不影响这个(gè)理论(lùn)的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可(kě)以用来解(jiě)释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情况，造成(chéng)这(zhè)种年(nián)度周期信(xìn)号(hào)的(de)差异(yì)也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客(kè)的(de)数(shù)量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这(zhè)里的季节与之前的(de)实(shí)验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特(tè)征和第一个实(shí)验(yàn)室是(shì)一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同的(de)信号，就可以成为(wèi)暗(àn)物(wù)质(zhì)所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南希(xī)格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相同(tóng)，但它(tā)的(de)宽视(shì)场仪器提(tí)供的视野是哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一(yī)个关(guān)键的(de)用(yòng)途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实(shí)验(yàn)室粒(lì)子天体物(wù)理(lǐ)中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种神(shén)秘的效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的(de)诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质会(huì)不(bù)会(huì)意味着人(rén)类并不孤(gū)单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗(àn)物(wù)质存在的实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你们(men)觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力！

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