宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会(huì)存在科(kē)学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超过50次(cì)的长期(qī)实验，但是(shì)却没有发现任何(hé)的有效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异(yì)常，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一(yī)定有未(wèi)知的天体通过(guò)引(yǐn)力在摄动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道(dào)的异常，推算并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都是应用(yòng)万有引力定律所取得重大天文成就的例(lì)子。但是这些发(fā)现都是在教师一年的工作日有多少天，一年有多少周恒星系(xì)统的尺度(dù)当中，可(kě)当(dāng)我(wǒ)们上升(shēng)到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正(zhèng)在研究和测量后发星(xīng)系(xì)团(tuán)的质量。这是一(yī)个(gè)由(yóu)数千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系(xì)团的质量(liàng)一般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的光(guāng)度。

第二种是(shì)动力(lì)学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中的各个星(xīng)系相对于星系团的运动速度。当测(cè)量结果出(chū)来之后，兹(zī)威基彻底懵(měng)了，“动力(lì)学质量”竟然是(shì)“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并不以可(kě)见光的形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威(wēi)基发现(xiàn)星系团中很多星(xīng)系的速度比理(lǐ)论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚(fù)在星系团(tuán)内的(de)，它们早(zǎo)就(jiù)应该(gāi)被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见的(de)暗质(zhì)，它(tā)不(bù)发散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的(de)一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质(zhì)”这个(gè)词才再(zài)一次出现(xiàn)。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在观测仙(xiān)女座(zuò)星系(xì)中的(de)恒星运动。理论上来(lái)说，距离中(zhōng)心越远的(de)恒星(xīng)在其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的(de)结果却让人感到(dào)不可思议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不变。可是(shì)根据牛顿(dùn)的万(wàn)有引力定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如(rú)果没有足(zú)够大的质(zhì)量来吸引(yǐn)它(tā)们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早(zǎo)就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对(duì)标准的方法来(lái)解释暗(àn)物(wù)质的存在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系(xì)中心(xīn)的距离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们(men)通(tōng)过(guò)射电望远(yuǎn)镜测量(liàng)了(le)距(jù)离(lí)星(xīng)系(xì)中心更远距离的(de)氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并不符(fú)合(hé)牛(niú)顿的(de)力(lì)学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬(xuán)臂(bì)之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系(xì)的运行(xíng)速(sù)度应(yīng)该是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个(gè)实(shí)际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生(shēng)以上这(zhè)种向心加速度的原因(yīn)很可(kě)能就(jiù)是存(cún)在着(zhe)一种我们(men)看不到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物质(zhì)的引力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系(xì)外恒(héng)星轨道的速度(dù)，估(gū)算在(zài)星系(xì)当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不(bù)是(shì)唯一可以解释这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎(hū)没有引(yǐn)力效应的遥远恒(héng)星(xīng)之间(jiān)，也会出现(xiàn)速度上的微(wēi)小差异(yì)。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不(bù)多(duō)，但是(shì)星系当中存(cún)在的(de)恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银河(hé)系的千分之一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系必须存在(zài)暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可(kě)以用(yòng)正常(cháng)的物质和力学定律来(lái)解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该(gāi)星(xīng)系(xì)的暗(àn)物质，已(yǐ)经被(bèi)附近的另一个(gè)大星系剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它的(de)附近没(méi)有(yǒu)任(rèn)何星系存在(zài)。造(zào)成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能(néng)在不(bù)同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在(zài)行星(xīng)系尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的(de)方(fāng)式运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相互作用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家还(hái)引入了外(wài)部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意味着我们需要(yào)对现在的(de)物(wù)理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终结。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还(hái)有(yǒu)关于暗(àn)物质存在的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些(xiē)理论证据(jù)是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星团，它们(men)大部分的普通质量都在(zài)星系(xì)的气体当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子(zi)弹星系团大部分的(de)质量将位于(yú)所有这些(xiē)气体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通过(guò)什么来(lái)验证它(tā)的质量区域到(dào)底(dǐ)是(shì)不是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在(zài)照片中我们可以明显(xiǎn)地(dì)看到很多星系(xì)似乎被拉(lā)伸产生了(le)巨大(dà)的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥(yáo)远的天体和我们地球上(shàng)的观测者之(zhī)间。被(bèi)一个质量(liàng)超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的(de)引力，会使身后更(gèng)遥远星系的(de)光(guāng)都发生了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是(shì)超大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以当人(rén)们对(duì)子弹星系团(tuán)观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量区域(yù)并不是在中(zhōng)间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星(xīng)团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的(de)引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存在的(de)迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性的微(wēi)波辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后(hòu)的二(èr)值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发(fā)现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰值的(de)幅度会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配(pèi)宇宙微波背景辐(fú)射的测(cè)量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个(gè)数(shù)字与解释星系当中恒(héng)星运动所需(xū)要的暗物质比(bǐ)例(lì)是一(yī)致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很(hěn)多不同的(de)观测结(jié)果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某种类型的粒子(zi)，它们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力(lì)来相互作用(yòng)。所以如(rú)果能够(gòu)找(zhǎo)到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就相当(dāng)于(yú)找到(dào)了暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什么(me)？科学(xué)家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类为了(le)寻找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会(huì)与常规物(wù)质相互作用的“暗(àn)物(wù)质”，科学(xué)家们(men)已(yǐ)经进行了超过(guò)50次(cì)的实验，却没有任何实质性的发现，除(chú)了(le)一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地学实验室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质(zhì)粒(lì)子的(de)周期(qī)性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家(jiā)声称(chēng)观测到(dào)了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率(lǜ)会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到(dào)最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一(yī)些科学家认为这可能是人(rén)类(lèi)发现暗物质的第一(yī)个(gè)直接证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗物质(zhì)会产生周期性的(de)年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们(men)讲了太阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的(de)速(sù)度围绕着银河(hé)系进行(xíng)移(yí)动，那么如(rú)果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意(yì)味着我(wǒ)们(men)也在(zài)以这样的速度(dù)在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会(huì)产(chǎn)生相应(yīng)的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以(yǐ)有(yǒu)半年(nián)的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是(shì)一致的，而另(lìng)外半(bàn)年则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时(shí)候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到(dào)完全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地球(qiú)穿越暗(àn)物质流(liú)最(zuì)快的时段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达(dá)到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际(jì)的(de)情况中，太(tài)阳系(xì)相对银河系的(de)平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这个(gè)理论的(de)有效性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这可以用(yòng)来解(jiě)释，研究(jiū)人员们(men)所观测到的周期性信号。当然(rán)也可能有其(qí)他的情况，造成这种年度周期(qī)信号(hào)的差异(yì)也可能(néng)是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的水分、高(gāo)山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量(liàng)也符合这个(gè)周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建(jiàn)立了一(yī)个几乎(hū)相同的实(shí)验室，这里的季(jì)节与(yǔ)之(zhī)前的(de)实验室(shì)正好相反，而在(zài)这里，地(dì)球穿过(guò)暗物质流的运动特(tè)征(教师一年的工作日有多少天，一年有多少周zhēng)和第一个实验(yàn)室(shì)是(shì)一样(yàng)的(de)。

因此，如(rú)果在这里可以得到(dào)相(xiāng)同(tóng)的信号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存在的非常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但是由于(yú)这个(gè)实验(yàn)室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还(hái)无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台新的望远镜，这(zhè)台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它(tā)的宽(kuān)视场仪器(qì)提供的视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)其(qí)中一个关(guān)键的用途(tú)就是探索(suǒ)暗物质背后的奥(ào)秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的(de)科学家(jiā)丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研究(jiū)发现，如果暗物质(zhì)存在，它(tā)们(men)极(jí)有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这(zhè)种暗(àn)物质效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者(zhě)说是生命进化的一个(gè)重(zhòng)要(yào)因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物(wù)质(zhì)会不会意(yì)味着人类并(bìng)不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创造(zào)生命。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前提(tí)是(shì)要先找(zhǎo)到(dào)暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的(de)实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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