宇宙(zhòu)是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证(zhèng)据，科学家们(men)在过去的(de)几十(shí)年当(dāng)中(zhōng)进行了(le)超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除(chú)了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学(xué)数学(xué)原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示(shì)了(le)宇宙(zhòu)中天体运动的规(guī)律。往后的几百(bǎi)年来，当天文(wén)学家们发(fā)现某些天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万(wàn)有引力定律的时候，他(tā)们(men)就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都(dōu)是(shì)应用(yòng)万(wàn)有引力定律所取得重大天(tiān)文成(chéng)就(jiù)的(de)例子。但是(shì)这(zhè)些发现都是在恒星系(xì)统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和(hé)测量(liàng)后(hòu)发星系团的质(zhì)量。这是一个(gè)由数千(qiān)个星系所(suǒ)组(zǔ)成的(de)巨大(dà)星(xīng)系团，这些星系被引力束缚(fù)在(zài)一起。测量(liàng)星系团的质(zhì)量一般(bān)会使用到(dào)两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定(dìng)其质量(liàng)的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力(lì)学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星(xīng)系团人+工念什么 人工念什么姓中的(de)各个星系相(xiāng)对(duì)于星系(xì)团的运(yùn)动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们(men)无(wú)法看到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度(dù)比理论(lùn)上要快(kuài)得多，按照牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们(men)束缚在星(xīng)系团内的，它(tā)们早就应(yīng)该被(bèi)抛出(chū)星系团之外(wài)了，除(chú)非有(yǒu)一(yī)种神秘(mì)的(de)力(lì)量在起作用，这(zhè)种力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但是它(tā)们却占据着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部(bù)分的质(zhì)量。只是(shì)当时(shí)的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观(guān)测仙女(nǚ)座星系中的恒(héng)星运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道(dào)上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观(guān)测的结(jié)果却(què)让人(rén)感到不可(kě)思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万(wàn)有引力(lì)定律，在(zài)星(xīng)系当中如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准的(de)方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星(xīng)系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是(shì)科(kē)学家们通过射(shè)电望远镜(jìng)测量(liàng)了距离星系(xì)中(zhōng)心更远距离(lí)的氢元素，发现它们(men)的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三(sān)悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律进行(xíng)计算，太阳系(xì)的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际(jì)上，太(tài)阳系正在(z人+工念什么 人工念什么姓ài)以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理论速度(dù)，那(nà)么产生以上这种向心(xīn)加(jiā)速度(dù)的原因很可(kě)能就(jiù)是(shì)存在着(zhe)一种我们看(kàn)不到的(de)物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了(le)一(yī)起。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度(dù)，估(gū)算(suàn)在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系(xì)质量的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不是(shì)唯一可(kě)以解释(shì)这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项新的研(yán)究当中，科学(xué)家们发(fā)现，几乎没(méi)有(yǒu)引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会(huì)出现速(sù)度上的(de)微小差异。另外，天文学(xué)家还(hái)发现了一(yī)个(gè)反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河(hé)系不多(duō)，但是星系当(dāng)中存(cún)在的恒星数量却(què)只有(yǒu)银河系的千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家们使(shǐ)用(yòng)最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的(de)详(xiáng)细(xì)测量之后，发(fā)现星系(xì)中的恒星运动是可(kě)以用(yòng)正常的(de)物质和力学定(dìng)律来解(jiě)释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已经被附(fù)近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任(rèn)何星系存(cún)在。造(zào)成这(zhè)些现象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的(de)理(lǐ)解还不够全(quán)面，引力(lì)很可能在不(bù)同尺度空间中的工作方式是(shì)不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体会(huì)沿着(zhe)它们的(de)轨道，按照我们所理(lǐ)解的(de)方式运(yùn)动。但是上升到(dào)星系和星(xīng)团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学(xué)家还引(yǐn)入(rù)了外部场效(xiào)应的概(gài)念，指的是在数百万光(guāng)年(nián)的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对(duì)现在的物理(lǐ)定律进行修(xiū)正，这些(xiē)发现也(yě)让(ràng)很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物(wù)质存(cún)在的(de)其他的理(lǐ)论证据，这些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它们大部分的(de)普通质(zhì)量都(dōu)在星系的气体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公(gōng)里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时(shí)候(hòu)，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质(zhì)量将位于所有这些(xiē)气体所(suǒ)在的中间(jiān)区域(yù)。那么我们通过什么来(lái)验(yàn)证它的质量区域到(dào)底是不是(shì)集中(zhōng)在中(zhōng)间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在(zài)照(zhào)片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地看到(dào)很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些(xiē)星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了什么(me)问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球(qiú)上的观测(cè)者(zhě)之间。被(bèi)一个质量超级巨大的(de)天体遮(zhē)挡(dǎng)，这(zhè)个超(chāo)大质量(liàng)的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个(gè)巨大(dà)的天体(tǐ)可能是(shì)超大质(zhì)量的(de)黑洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所以当人们(men)对子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释方法(fǎ)就(jiù)是(shì)当星(xīng)团(tuán)发生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观(guān)测到的质量(liàng)气体被卡在了中间(jiān)，暗物(wù)质则直接通过了这个区(qū)域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的理论证据(jù)。

除此之(zhī)外，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可(kě)以畅(chàng)通无阻(zǔ)地(dì)穿越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上(shàng)留下了各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐射。其(qí)中红色的部(bù)分表示(shì)温度较高的区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相(xiāng)对(duì)较冷的区(qū)域，但实(shí)际上它(tā)们之(zhī)间的(de)温差(chà)只有万(wàn)分之一。

科(kē)学家们通过对(duì)前(qián)景背景分离后的二(èr)值图(tú)像进行连通域提取(qǔ)和标记(jì)之后发现，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形看(kàn)起来不应该(gāi)是(shì)这样的，而(ér)随着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗(àn)物质大(dà)约(yuē)是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系(xì)当(dāng)中恒星运(yùn)动(dòng)所需要的暗物质比例是一(yī)致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用(yòng)了一个简单(dān)的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不(bù)同的(de)观测(cè)结(jié)果。而暗物质的(de)本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的(de)粒(lì)子，它们不参(cān)与任何其他(tā)的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的(de)存在，就相(xiāng)当(dāng)于找到了(le)暗(àn)物质(zhì)存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已经提出了数十(shí)种的假想目标(biāo)，而(ér)要(yào)寻找这(zhè)些不同(tóng)的目标粒子(zi)所(suǒ)需要的实验方式也(yě)不(bù)相同。在过(guò)去的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们(men)已经进(jìn)行了超过50次的实(shí)验，却没有任何(hé)实质性(xìng)的发(fā)现，除了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下(xià)矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地(dì)球上最大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一(yī)直致力(lì)于寻(xún)找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到(dào)了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们(men)发现了一个(gè)有趣的事情。探测(cè)率会在每(měi)年的(de)6月份达(dá)到(dào)峰(fēng)值，然后在(zài)11月降到(dào)最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些(xiē)科学(xué)家认为这可能是人(rén)类发现暗(àn)物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么(me)暗物质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动(dòng)，那么(me)如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样(yàng)的速度(dù)在(zài)穿越着暗物质流，这个过(guò)程(chéng)中会(huì)产生相应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地(dì)球围绕太阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外半年(nián)则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与太阳的方(fāng)向正好(hǎo)达到(dào)完全(quán)一致，这是理论(lùn)上地球穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河系的平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认为这可(kě)以用来解释，研究人员们所观测到的周期性(xìng)信号。当然也可能有其他的(de)情况，造成(chéng)这种(zhǒng)年(nián)度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至(zhì)连(lián)意大利游客的数(shù)量也符合(hé)这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又(yòu)在南半球建(jiàn)立了(le)一(yī)个几(jǐ)乎(hū)相同(tóng)的(de)实(shí)验室，这里的季(jì)节(jié)与之前(qián)的实验室正好相(xiāng)反，而(ér)在(zài)这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和第一个(gè)实验室是(shì)一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可(kě)以成为(wèi)暗物质(zhì)所存(cún)在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至(zhì)目(mù)前还(hái)无法提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这(zhè)台太空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪(yí)器提(tí)供的视野是哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的(de)用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测(cè)的结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实(shí)验室粒(lì)子天体物理中心的(de)科(kē)学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘(mì)的效(xiào)应(yīng)，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生(s人+工念什么 人工念什么姓hēng)命的(de)诞(dàn)生(shēng)，或(huò)者(zhě)说(shuō)是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一(yī)步的证实(shí)，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意(yì)味着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行(xíng)星(xīng)上，暗物质正在通过(guò)这样的(de)效应创(chuàng)造(zào)生(shēng)命。当然，这(zhè)些(xiē)推论的大前(qián)提是要先(xiān)找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物(wù)质到(dào)底存(cún)不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的(de)动力(lì)！

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