宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会(huì)存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了(le)寻找暗物质存在的证据，科学家们在过(guò)去的几十年当中进(jìn)行了(le)超(chāo)过(guò)50次的(de)长(zhǎng)期实验，但(dàn)是(shì)却没有发现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除(chú)了一个地方(fāng)，在1687年(nián)出版的(de)自然哲学数(shù)学原理一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动的规律。往后的几百年来(lái)，当天文(wén)学家们发现(xiàn)某些(xiē)天体运行(xíng)轨道出现异常(cháng)，不符(fú)合万(wàn)有引力定(dìng)律的时(shí)候，他们就会知(zhī)道，周围一(yī)定有未(wèi)知的天体通过引力(lì)在摄动它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王(wáng)星的存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引力定律所取得重大天文成就(jiù)的(de)例子。但是(shì)这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或(huò)者是星团的尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研(yán)究(jiū)和测(cè)量后发(fā)星系团(tuán)的质量。这是(shì)一个由数千个星(xīng)系所组成(chéng)的(de)巨大(dà)星(xīng)系(xì)团，这(zhè)些星系被引力(lì)束缚(fù)在一起。测(cè)量星(xīng)系团的(de)质量一般(bān)会使用到(dào)两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方法(fǎ)结果一(yī)致，就可以确定其(qí)质量的范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其"光度(dù)学(xué)的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团中的各个(gè)星系相对于星系团的运动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了(le)，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测(cè)量速度(dù)的(de)过程中，兹威基发现星(xīng)系团(tuán)中很(hěn)多星(xīng)系的速度比理论上要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚(fù)在(zài)星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的力(lì)量(liàng)在起(qǐ)作用，这种力量来源(yuán)于(yú)某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部(bù)分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当(dāng)时的人们对这样(yàng)的一(yī)种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词(cí)才再一次出(位卑未敢忘忧国,什么意思，位卑未敢忘忧国下一句怎么念chū)现(xiàn)。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星系中(zhōng)的(de)恒星(xīng)运动。理论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行速度(dù)就会(huì)越(yuè)慢。但是他们观测的结果却(què)让人感到不(bù)可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离的(de)增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当(dāng)中如(rú)果(guǒ)没有足(zú)够大的质量来吸引它(tā)们(men)，这些(xiē)外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用(yòng)一种相对标准的方法来(lái)解释暗物质的(de)存在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离(lí)星(xīng)系中心的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转速(sù)度。如果出现(xiàn)异(yì)常的结果(guǒ)，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射电望远镜测(cè)量了距离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系(xì)也不例外(wài)，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银(yín)河系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根(gēn)据(jù)万有引力(lì)定(dìng)律进(jìn)行(xíng)计算，太(tài)阳系的(de)运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际(jì)上，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的(de)速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论速度(dù)，那么产生(shēng)以上(shàng)这种(zhǒng)向心加(jiā)速度(dù)的原因很可能(néng)就是存在(zài)着(zhe)一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到(dào)的物(wù)质，是这些暗(àn)物质的引(yǐn)力(lì)效应将(jiāng)星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究人(rén)员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星(xīng)系外(wài)恒(héng)星轨道(dào)的速(sù)度，估算在星系(xì)当中暗物质的(de)质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯(wéi)一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速(sù)度上(shàng)的微小差异(yì)。另外，天文学(xué)家还发(fā)现了一个(gè)反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系(xì)当中存在的恒星数(shù)量(liàng)却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就(jiù)会分(fēn)崩(bēng)离(lí)析。但是科(kē)学家们使用最先(xiān)进的望(wàng)远镜(jìng)对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用正常的物质和力学(xué)定律来解(jiě)释的。那么(me)又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星(xīng)系(xì)的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是(shì)，它的附近(jìn)没有任何星系(xì)存在。造成这些(xiē)现(xiàn)象(xiàng)的(de)除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的(de)工作方式(shì)是不同的，这意味(wèi)着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会(huì)沿着它们(men)的轨道，按(àn)照我们所理解(jiě)的方式运(yùn)动(dòng)。但是上升到星(xīng)系和星团的尺(chǐ)度(dù)，引力之间的(de)相(xiāng)互(hù)作(zuò)用则(zé)是不同(tóng)的方(fāng)式。对于在星系团之间的(de)相互作(zuò)用，科学家还引入了外(wài)部场效应的概念(niàn)，指的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会(huì)产生对彼此特殊的(de)效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立(lì)，这意(yì)味着我们需(xū)要(yào)对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让(ràng)很多人认为(wèi)暗物质(zhì)假说理论(lùn)就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的其他(tā)的(de)理论证据(jù)，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没法解释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个(gè)碰(pèng)撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在(zài)星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的(de)时候(hòu)，星际气体的相(xiāng)互作用(yòng)就会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹(dàn)星系团大部分的(de)质量(liàng)将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气体所在的(de)中间(jiān)区域。那么我们(men)通过什(shén)么(me)来(lái)验证它的质量区(qū)域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们(men)可以明显地看到很多(duō)星系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大的(de)形变。其(qí)实(shí)这些星系(xì)本身并不(bù)是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题(tí)，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们地球上的(de)观测者(zhě)之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个(gè)巨大的(de)天体可能是超大质量的黑(hēi)洞(dòng)或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人(rén)们(men)对子弹星(xīng)系团观测的时候(hòu)，发现它的大质量区域(yù)并不(bù)是在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好的解释方法就是当星团发(fā)生全部的(de)碰(pèng)撞时，可(kě)被观(guān)测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则(zé)直接通过了这(zhè)个(gè)区(qū)域，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系团的引力(lì)透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之(zhī)外，还(hái)有来自(zì)宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无(wú)阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐(fú)射。其中红色的部(bù)分表(biǎo)示温度(dù)较高的区域，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但实(shí)际上它(tā)们之(zhī)间的温(wēn)差只有万分之(zhī)一。

科学家们通(tōng)过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连通域提(tí)取和标记之(zhī)后发现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没有暗(àn)物质，图形(xíng)看起(qǐ)来(lái)不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的(de)增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐射的(de)测量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物质大约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释星系当中恒星运(yùn)动(dòng)所需要的暗(àn)物(wù)质比例(lì)是一致的。这就意(yì)味(wèi)着。

用了一(yī)个简单的(de)理论框架，就很(hěn)好地解(jiě)释了很多不同的观(guān)测结(jié)果。而暗物(wù)质(zhì)的(de)本(běn)质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参(cān)与任何其(qí)他的电(diàn)磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力(lì)来相互(hù)作(zuò)用。所以如(rú)果(guǒ)能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质(zhì)存在(zài)的实际(jì)证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底是(shì)什么？科(kē)学家们(men)已经提出(chū)了数十种的假想目标(biāo)，而要寻(xún)找这些不同的目标(biāo)粒子(zi)所需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去(qù)的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类(lèi)为了(le)寻找这些看(kàn)不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作(zuò)用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了(le)超过50次(cì)的实验(yàn)，却没(méi)有任(rèn)何实质性的发现，除了一(yī)个地(dì)方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室(shì)，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层楼高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测(cè)到了(le)某(mǒu)种信号。经过了20多年的数(shù)据(jù)收集，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会(huì)在每(měi)年的(de)6月份达到峰值，然后(hòu)在(zài)11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是(shì)人类(lèi)发现(xiàn)暗物质(zhì)的(de)第(dì)一(yī)个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什(shén)么暗(àn)物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进(jìn)行移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物质存在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意(yì)味(wèi)着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环(huán)绕(rào)银河(hé)系的方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另(lìng)外半(bàn)年则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是理论(lùn)上地(dì)球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽管在(zài)实际的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河(hé)系的平面呈(chéng)现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不(bù)影响这个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释，研(yán)究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是(shì)温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大(dà)利游(yóu)客的(de)数(shù)量也(yě)符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立(lì)了一个几乎(hū)相同(tóng)的实验室，这里的季(jì)节与(yǔ)之前的实验室(shì)正好相反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗(àn)物(wù)质流的运动特征和第一个(gè)实(shí)验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里可以得到(dào)相同的信号(hào)，就可以成(chéng)为暗(àn)物质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目(mù)前还无(wú)法提供(gōng)相应的数(shù)据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜(jìng)，这台(tái)太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器(qì)提(tí)供的(de)视野是哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关键的(de)用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的(de)结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心(xīn)的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命的(de)诞生，或者说是生命进化的(de)一(yī)个(gè)重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一(yī)理论得到进一步的证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇宙当中的(de)暗物(wù)质(zhì)会不会(huì)意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的(de)行星上，暗物(wù)质正在通过(guò)这样的效(xiào)应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提(tí)是(shì)要(yào)先(xiān)找到暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物(wù)质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持(chí)是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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