宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什(shén)么(me)？人类为(wèi)了寻找暗物(wù)质存在的证(zhèng)据(jù)，科学(xué)家们在过去的几十年当(dāng)中进行了(le)超过50次的(de)长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没有发现任何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数(shù)学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了(le)万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们(men)发现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨(guǐ)道出(chū)现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异(yì)常，推(tuī)算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引力(lì)定(dìng)律所取得重大天文(wén)成就的(de)例子(zi)。但是(shì)这些(xiē)发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当(dāng)中，可当我(wǒ)们(men)上升到星系或(huò)者是星团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星系团(tuán)的(de)质量(liàng)。这(zhè)是一(yī)个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些(xiē)星系被(bèi)引力束缚在一起。测量(liàng)星系团(tuán)的(de)质量一般(bān)会使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度学的质量"，需(xū)要的(de)数据是(shì)测量各个星系(xì)的光度。

第二(èr)种是动力学(xué)质量的计算，是(shì)利用光谱(pǔ)红移(yí)测量(liàng)星(xīng)系团(tuán)中(zhōng)的各个星系相对于(yú)星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消(xiāo)失了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在，我们(men)无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系(xì)团中很多星系的速(sù)度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系的质量所(suǒ)产生的(de)引(yǐn)力是无(wú)法将它们束缚在(zài)星系团内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出星系(xì)团之外了，除(chú)非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部(bù)分(fēn)不可见(jiàn)的(de)暗质，它不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但(dàn)是它们却占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量(liàng)。只是(shì)当时的人(rén)们对这样的一种说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个词才(cái)再一次出现(xiàn)。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)别急老师今天晚上随你弄，别急老师来满足你的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的(de)恒星在其(qí)轨道上的运行速(sù)度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感(gǎn)到不可(kě)思议(yì)。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在星(xīng)系当中如果没有足够大的质量来吸(xī)引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标(biāo)准的方法来(lái)解释(shì)暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星系(xì)当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距离星(xīng)系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如(rú)果出(chū)现异常的(de)结果，就认为是由暗(àn)物质(zhì)的(de)力量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望(wàng)远镜(jìng)测量了距离星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它们(men)的旋转速度并不(bù)符(fú)合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系(xì)也(yě)不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有(yǒu)引力定律进行计(jì)算，太阳系的(de)运行速(sù)度(dù)应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度围绕银(yín)河系(xì)旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度远远大(dà)于理论速(sù)度(dù)，那么产生以(yǐ)上这种向心加(jiā)速度(dù)的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是(shì)这些暗(àn)物(wù)质的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开(kāi)始，越来越多(duō)的研究人员开始相信暗物质的(de)存(cún)在。科学家(jiā)根据(jù)星(xīng)系外恒星轨道的速度，估(gū)算在(zài)星系(xì)当中暗物质的质量占整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学家(jiā)们(men)发现，几乎没有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不(bù)多，但是(shì)星系当中存(cún)在的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上(shàng)，该(gāi)星系必(bì)须(xū)存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科(kē)学家们(men)使用最(zuì)先进的望远镜对(duì)其进(jìn)行了(le)40个小时(shí)的详细(xì)测(cè)量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动(dòng)是可以(yǐ)用正常(cháng)的物质和力(lì)学定律来解释(shì)的。那么又有人提出(chū)，也许该星系(xì)的暗物质，已经被(bèi)附近的(de)另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的(de)是，它的(de)附近(jìn)没有任何(hé)星系存在。造(zào)成这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是(shì)人(rén)类(lèi)对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可(kě)能在(zài)不同尺度空间中的工作(zuò)方(fāng)式是(shì)不(bù)同的(de)，这(zhè)意味(wèi)着在行星系尺度(dù)中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运(yùn)动。但是(shì)上升到(dào)星(xīng)系和星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之(zhī)间的相互作用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的(de)相互(hù)作用，科学家(jiā)还引入(rù)了外部场效应的(de)概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百(bǎi)万光年的(de)规模上，巨大的质量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊的(de)效(xiào)果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立(lì)，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物(wù)理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于(yú)暗物质存在的其他的(de)理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙(méng)德(dé)理论(lùn)所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子(zi)弹星系(xì)团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类(lèi)似(shì)这样的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞的时(shí)候，星(xīng)际气体的相互作(zuò)用就会导致温度(dù)的急剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降(jiàng)低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团(tuán)大(dà)部分的质量将位于所有这些(xiē)气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来验证它的质量(liàng)区域到(dào)底是不是集(jí)中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜(jìng)传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以明(míng)显地看到很(hěn)多星系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形(xíng)变。其实这(zhè)些星系本身(shēn)并不是真的(de)被扭曲(qū)了(le)，也(yě)不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)别急老师今天晚上随你弄，别急老师来满足你镜出了(le)什么问(wèn)题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们地(dì)球(qiú)上的观测者之间。被一(yī)个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大的天体可(kě)能(néng)是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系团观测(cè)的时候，发(fā)现(xiàn)它的(de)大质量区域并(bìng)不(bù)是在(zài)中间，而是(shì)在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方法(fǎ)就是(shì)当星团发生(shēng)全部的碰撞时(shí)，可被观测到(dào)的(de)质量气体被(bèi)卡在了(le)中间，暗物质则直接(jiē)通过(guò)了这个区域(yù)，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对(duì)子弹星(xīng)系团的引力(lì)透镜研究也被认为是暗(àn)物质存在的迄(qì)今为(wèi)止最(zuì)好的(de)理论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间(jiān)背景上留下了(le)各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的(de)部分表(biǎo)示温度(dù)较(jiào)高的区域，蓝(lán)色(sè)则表(biǎo)示相对(duì)较(jiào)冷的区域，但(dàn)实际上它们之(zhī)间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离后的二值图(tú)像进行连通域提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样(yàng)的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的(de)暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系(xì)当(dāng)中恒星运动所需要(yào)的暗物(wù)质(zhì)比(bǐ)例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单的(de)理论(lùn)框架，就(jiù)很(hěn)好地(dì)解释了很多不同的观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的(de)粒(lì)子，它们不参与任何其他的(de)电磁作用，只通过引力(lì)来(lái)相(xiāng)互作用。所(suǒ)以如果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒(lì)子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒(lì)子(zi)到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒(lì)子所需(xū)要的实(shí)验方式(shì)也不相(xiāng)同。在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中(zhōng)，人(rén)类为了(le)寻找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质(zhì)相互(hù)作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经(jīng)进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一个(gè)地方，意大(dà)利的格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个实(shí)验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器(qì)，一(yī)直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的(de)周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年(nián)以来(lái)，这里的科学家声称观测到(dào)了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一(yī)个有趣的事(shì)情(qíng)。探测(cè)率会(huì)在每(měi)年的6月份达到(dào)峰值，然后在(zài)11月(yuè)降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年都(dōu)是一(yī)样。一(yī)些(xiē)科(kē)学家认为这可(kě)能是人类发(fā)现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是(shì)为什么暗(àn)物质会产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着(zhe)我们也在以(yǐ)这样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时地(dì)球又(yòu)以30公(gōng)里/秒的(de)速(sù)度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕银河系的方向(xiàng)是(shì)一致的(de)，而另(lìng)外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太(tài)阳(yáng)的方向正好达到完全一致(zhì)，这(zhè)是(shì)理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际的情(qíng)况中，太(tài)阳系相对银河系(xì)的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为这可以用来(lái)解释(shì)，研究人员(yuán)们所观测到的(de)周期(qī)性信号(hào)。当然也可(kě)能有其他的(de)情况(kuàng)，造(zào)成这(zhè)种年度周期信(xìn)号的(de)差异也(yě)可能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游客的数量(liàng)也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了(le)一个几乎相同的(de)实验室，这(zhè)里的季节与(yǔ)之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物质流(liú)的运动特(tè)征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质所存在的(de)非常有力的证据了(le)。但是由于(yú)这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截至目前还无(wú)法提供相(xiāng)应的数(shù)据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射(shè)一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途(tú)就(jiù)是探索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于探测(cè)的(de)结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森(sēn)斯特(tè)芬研究(jiū)发(fā)现，如(rú)果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们(men)极(jí)有可能拥有另一种神秘(mì)的效(xiào)应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命(mìng)的(de)诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个(gè)重要因(yīn)素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并不(bù)孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角落(luò)的行星上，暗物(wù)质正在通(tōng)过这(zhè)样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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