宇(yǔ)宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为何会存(cún)在科(kē)学(xué)无法解释(shì)的(de)“暗(àn)物(wù)质”？暗(àn)物(wù)质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证(zhèng)据，科(kē)学家们(men)在过(guò)去的(de)几(jǐ)十年当中(zhōng)进行了超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但是却没(méi)有发(fā)现任何的有效证据。除了(le)一个地(dì)方(fāng)，在1687年出(chū)版的(de)自然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引力定律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运动(dòng)的规律。往后的几(jǐ)百年(nián)来，当天文学家们(men)发现某些(xiē)天体(tǐ)运行(xíng)轨道出现异常(cháng)，不符合万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律的时候，他们就(jiù)会(huì)知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄(shè)动(dòng)它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王星(xīng)运(yùn)行轨(guǐ)道的异(yì)常，推算并(bìng)且发现了(le)海王星的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引力(lì)定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度(dù)当(dāng)中，可当我们上升(shēng)到星(xīng)系或(huò)者是星团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星(xīng)系团的质量。这(zhè)是一个(gè)由(yóu)数千个(gè)星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星(xīng)系团的质量(liàng)一般(bān)会(huì)使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就可以确定其(qí)质量的(de)范(fàn)围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需(xū)要的(de)数据是测量各(gè)个(gè)星系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的(de)计算(suàn)，是利用(yòng)光谱红(hóng)移(yí)测量星系团中(zhōng)的各(gè)个星系相对于星系团的运动(dòng)速度。当测(cè)量结果出来(lái)之后，兹(zī)威(wēi)基(jī)彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座(zuò)星系(xì)团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式(shì)所存(cún)在，我们(men)无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速度比理论上(shàng)要快得多，按照(zhào)牛顿的(de)运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束(shù)缚在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出(chū)星(xīng)系团之外(wài)了(le)，除非(fēi)有一种神秘(mì)的(de)力量(liàng)在(zài)起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于(yú)某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却占据着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对这样(yàng)的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学(xué)家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来(lái)说，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他(tā)们(men)观测的(de)结果却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可是(shì)根据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质量来(lái)吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了(le)。基(jī)于(yú)这(zhè)种现象，科学家们会(huì)使(shǐ)用一(yī)种相对标准的方法来解(jiě)释(shì)暗(àn)物质的(de)存在，这种方法就是测量(liàng)星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出(chū)现异常的结果，就认为(wèi)是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离(lí)的氢元素，发(fā)现(xiàn)它(tā)们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛(niú)顿的(de)力学定(dìng)律。我们的太阳系(xì)也(yě)不(bù)例外，太阳系位于银(yín)河系(xì)的(de)第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据万有引(yǐn)力定(dìng)律进(jìn)行(xíng)计算，太阳系(xì)的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系(xì)正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围绕(rào)银(yín)河系(xì)旋转，这(zhè)个实际(jì)速(sù)度远远大于理论(lùn)速(sù)度，那(nà)么(me)产生以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的原(yuán)因很(hěn)可(kě)能就是存在着一种我(wǒ)们(men)看(kàn)不到的(de)物质，是(shì)这些暗物(wù)质的引(yǐn)力效(xiào)应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的(de)研究(jiū)人(rén)员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一可以(yǐ)解(jiě)释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥(yáo)远恒星之(zhī)间(jiān)，也会(huì)出现速度上的微小差异(yì)。另外(wài)，天文学家还(hái)发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地(dì)球大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河系(xì)不多(duō)，但(上下红中间白的国旗是哪个国家的 国旗可以随便挂吗dàn)是星系(xì)当中存在(zài)的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在(zài)理论(lùn)上，该星(xīng)系必须上下红中间白的国旗是哪个国家的 国旗可以随便挂吗(xū)存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科(kē)学家们(men)使用最先进的望远镜对(duì)其(qí)进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用正常的物质和力学(xué)定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。上下红中间白的国旗是哪个国家的 国旗可以随便挂吗奇怪的(de)是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除(chú)了暗(àn)物质的假说之外，另(lìng)一种可能(néng)就是人类(lèi)对引力的(de)理解还不够(gòu)全面，引力很可(kě)能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式(shì)是(shì)不同的，这(zhè)意味着在行(xíng)星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们(men)的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式(shì)运动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力之间的相互(hù)作(zuò)用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的(de)相互作用(yòng)，科学家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万(wàn)光年的(de)规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这意(yì)味(wèi)着我们需要对现在(zài)的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很多(duō)人认(rèn)为暗物质假说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质(zhì)存在的(de)其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没法(fǎ)解释(shì)的(de)“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大(dà)部分的(de)普通质量(liàng)都(dōu)在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度的(de)急剧升(shēng)高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团大部分的质量将位于所有(yǒu)这些(xiē)气(qì)体(tǐ)所(suǒ)在的(de)中间区(qū)域(yù)。那么我(wǒ)们通过什么来验(yàn)证(zhèng)它的质量区域(yù)到底是不(bù)是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸(shēn)产生了巨大(dà)的(de)形变。其(qí)实这些星系本身(shēn)并不是真的(de)被扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远镜出(chū)了(le)什么(me)问题(tí)，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观(guān)测者之(zhī)间。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个(gè)超大质量的东(dōng)西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的(de)光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大(dà)质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子(zi)弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释(shì)方(fāng)法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的(de)质量气(qì)体(tǐ)被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质则(zé)直(zhí)接(jiē)通(tōng)过(guò)了这(zhè)个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究(jiū)也(yě)被认为是(shì)暗物质(zhì)存在的迄今(jīn)为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还(hái)有来(lái)自(zì)宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年(nián)之后，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背景上(shàng)留(liú)下了各相同性的(de)微(wēi)波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的区域，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较冷的(de)区域，但实际上它们之间(jiān)的(de)温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对(duì)前景背景分离后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发(fā)现，如果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样的(de)，而随着(zhe)暗(àn)物(wù)质的增(zēng)加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才(cái)变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射(shè)的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个(gè)简单的理论框架，就很好地解释了很多(duō)不同(tóng)的观(guān)测结(jié)果。而暗物质的(de)本质(zhì)就是宇宙当中存在(zài)着某种类(lèi)型(xíng)的(de)粒子，它(tā)们不(bù)参与任何其他(tā)的电(diàn)磁(cí)作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们(men)已经提出(chū)了数十(shí)种(zhǒng)的假想目(mù)标(biāo)，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不到，几乎不(bù)会与常(cháng)规(guī)物质相互作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已经进(jìn)行(xíng)了超过50次(cì)的实验，却没有任(rèn)何实质(zhì)性的发现，除了一个地(dì)方(fāng)，意大利的(de)格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大(dà)的(de)地(dì)学实验(yàn)室，这(zhè)个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测到了(le)某种信号。经过了20多年的(de)数(shù)据(jù)收(shōu)集，人们发(fā)现了一个有趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年当中每年(nián)都是一样。一(yī)些科学家认为这可能是人类发现暗(àn)物质的第一个直接证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物(wù)质会产生(shēng)周期性的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太(tài)阳(yáng)系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)着银河系进(jìn)行移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物质存(cún)在宇宙当中，这意味(wèi)着(zhe)我们(men)也在以这样(yàng)的速度在穿越着(zhe)暗(àn)物(wù)质(zhì)流，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围(wéi)绕太(tài)阳的方向与太阳环(huán)绕(rào)银河系(xì)的方向是一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候(hòu)，地(dì)球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论(lùn)上地球穿越暗(àn)物(wù)质(zhì)流(liú)最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家认为这可以用(yòng)来解释，研究人员们所观测到(dào)的周期(qī)性信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信号的差(chà)异也可能(néng)是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤中的(de)水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量(liàng)也(yě)符(fú)合这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的(de)实验(yàn)室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗(àn)物质(zhì)流的运动特征和第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可(kě)以得到相同的信(xìn)号(hào)，就(jiù)可以成为暗物质所(suǒ)存(cún)在的(de)非常有力的(de)证据了。但是由于(yú)这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提供的视(shì)野(yě)是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们(men)只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬(fēn)研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物(wù)质(zhì)效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化的(de)一个重要(yào)因素(sù)。

如果这(zhè)一理论得到(dào)进一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会(huì)意味着人类并不(bù)孤单(dān)呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落的行(xíng)星上，暗物(wù)质(zhì)正在通(tōng)过这样的效应(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(cún)在的实际证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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