宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的(de)？为何(hé)会存在科学无(wú)法解(jiě)释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家们在过去的几十年(nián)当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出(chū)版(bǎn)的自(zì)然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动(dòng)的规律。往后的(de)几百年(nián)来，当天文学家(jiā)们(men)发(fā)现某(mǒu)些天(tiān)体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力定律的时候，他(tā)们就(jiù)会知(zhī)道，周围一定有未知的天体通(tōng)过引力在(zài)摄动它(tā)的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨(guǐ)道(dào)的异(yì)常，推算并(bìng)且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有引力(lì)定律所取得重大天文(wén)成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系(xì)或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威(wēi)基正在(zài)研(yán)究(jiū)和测量后发星系(xì)团的质量(liàng)。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星(xīng)系所组成(chéng)的(de)巨大星系团，这些星系被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测(cè)量(liàng)星(xīng)系团(tuán)的质量一般会使(shǐ)用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学的质(zhì)量"，需(xū)要的数据是测量各个(gè)星系的光(guāng)度(dù)。

第(dì)二种是动(dòng)力学(xué)质量的(de)计算，是(shì)利(lì)用光谱红移测量星系团中(zhōng)的(de)各个星(xīng)系(xì)相对于(yú)星系团的运动(dòng)速度。当测(cè)量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟然是(shì)“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系(xì)团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们(men)无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异(yì)的是，在测(cè)量速度的(de)过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的速(sù)度比理论上(shàng)要快得多，按(àn)照牛顿的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可(kě)见星系的质(zhì)量所产生的引力是(shì)无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它(tā)们早就(jiù)应该被抛出星系团(tuán)之外了(le)，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见(jiàn)的(de)暗质，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时(shí)的人们(men)对这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才再一(yī)次出现。天文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒(héng)星运动(dòng)。理论上来说，距(jù)离中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上的运行速(sù)度就会越(yuè)慢。但是他们观(guān)测的结果却(què)让人(rén)感到不可(kě)思议。

随(suí)着(zhe)与中(zhōng)心距(jù)离的增加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根(gēn)据牛顿的(de)万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律，在星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)如果没(méi)有足够(gòu)大的质量来(lái)吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学家们会(huì)使用一种相对标准的(de)方法来(lái)解(jiě)释(shì)暗物质的存在，这种方法就是(shì)测(cè)量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度(dù)。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量(liàng)进入(rù)其中。

于是科(kē)学(xué)家们(men)通过射电望远镜测量了距离(lí)星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定律(lǜ)。我们(men)的太阳(yáng)系(xì)也不例外，太阳系位(wèi)于银河(hé)系的第三(sān)悬臂之上，距离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应(yīng)该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论速度，那么(me)产生(shēng)以上(shàng)这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的原因(yīn)很可能就(jiù)是存在(zài)着一种我们看不到的物质(zhì)，是(shì)这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来(lái)越多的(de)研(yán)究人员开始相信暗(àn)物质(zhì)的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算(suàn)在星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这(zhè)个(gè)现象的原因(yīn)。在一项新的研(yán)究(jiū)当中，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒(héng)星之(zhī)间(jiān)，也(yě)会出现速度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另(lìng)外，天文(wén)学家(jiā)还(hái)发现(xiàn)了一个反常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系(xì)不(bù)多，但是星系(xì)当中存在的恒(héng)星数量(liàng)却只有银河系(xì)的(de)千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上(shàng)，该星系必须存在(zài)暗物质(zhì)，否则(zé)就会分崩离析。但是科(kē)学家(jiā)们使用最(zuì)先进的望远镜对其进(jìn)行了(le)40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细(xì)测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以用正常的(de)物质和力学定律来解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经(jīng)被附近的另一(yī)个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何(hé)星系存在。造成这(zhè)些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的(de)假(jiǎ)说之(zhī)外，另(lìng)一(yī)种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还不够全面(miàn)，引力很可能在(zài)不同尺度空间中的工作(zuò)方式(shì)是(shì)不同的，这意味(wèi)着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道(dào)，按照我们所理解的(de)方(fāng)式运动(dòng)。但是(shì)上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在(zài)星(xīng)系团(tuán)之(zhī)间(jiān)的(de)相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万光年的规(guī)模上，巨(jù)大的(de)质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这意味着我们需要对(duì)现在的(de)物理定律(lǜ)进行修(xiū)正，这些发现也(yě)让(ràng)很多人(rén)认为暗物质(zhì)假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当(dāng)中还(hái)有关(guān)于(yú)暗(àn)物(wù)质存在的其(qí)他的(de)理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解(jiě)释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星系的(de)气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气体的相互作用(yòng)就会导致(zhì)温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星系团大(dà)部(bù)分的质量将(jiāng)位于所有这(zhè)些气体所在(zài)的(de)中间区域。那么(me)我(wǒ)们通(tōng)过什(shén)么来(lái)验(yàn)证它的(de)质量区域到底是不(bù)是集中在中间呢(ne)？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明显地看(kàn)到(dào)很(hěn)多星系似(shì)乎被(bèi)拉(lā)伸产(chǎn)生(shēng)了(le)巨大的形变。其实这些星系本身并不是(shì)真的被扭(niǔ)曲了(le)，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个(gè)超(chāo)大质量的东(dōng)西的引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远(y伊拉克是不是被灭国了uǎn)星系(xì)的(de)光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体(tǐ)可(kě)能是(shì)超(chāo)大质量(liàng)的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系团(tuán)观测的时候(hòu)，发现它的大质量(liàng)区域(yù)并不是在中(zhōng)间，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最(zuì)好(hǎo)的解(jiě)释方(fāng)法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过了(le)这(zhè)个区域，并在(zài)两边形成了引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系(xì)团(tuán)的引(yǐn)力透(tòu)镜研究(jiū)也(yě)被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证据(jù)。

除(chú)此之外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之(zhī)后(hòu)，可见光终于可(kě)以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这(zhè)些光在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上留下(xià)了各(gè)相(xiāng)同(tóng)性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示(shì)温度较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表示相对较冷的(de)区域，但实际(jì)上它们之间(jiān)的温差(chà)只有万(wàn)分(fēn)之(zhī)一。

科学家们通(tōng)过(guò)对前景背景分离后(hòu)的二值图(tú)像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不(bù)应该是这(zhè)样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一(yī)些(xiē)峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们需(xū)要的(de)暗(àn)物(wù)质大约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就很好地解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物(wù)质的本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不参(cān)与任(rèn)何(hé)其(qí)他(tā)的电磁作用，只通过(guò)引力来相互(hù)作(zuò)用。所以(yǐ)如果(guǒ)能(néng)够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是什么？科(kē)学家(jiā)们已经提(tí)出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不(bù)同的目标(biāo)粒子所需要的(de)实(shí)验方式也不(bù)相同。在过去的(de)几(jǐ)十年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过(guò)50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性(xìng)的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上最大(dà)的(de)地学实验(yàn)室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三(sān)层楼高的(de)探测器，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声(shēng)称观测到了某种信号(hào)。经(jīng)过了20多年的(de)数据(jù)收集，人(rén)们发现了(le)一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达(dá)到(dào)峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一(yī)样。一(yī)些(xiē)科学(xué)家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什(shén)么暗物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么(me)如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在以这样的(de)速度在穿越着暗(àn)物质流，这个(gè)过程中会产生相应的(de)振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕太阳进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时间(jiān)，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一(yī)致(zhì)的，而另外半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上(shàng)地(dì)球穿越(yuè)暗物质(zhì)流最快(kuài)的(de)时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实(shí)际的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银河系的平面(miàn)呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释(shì)，研究人员们所观测到(dào)的周期性(xìng)信号。当(dāng)然也可能(néng)有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信号(hào)的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客(kè)的(de)数量也符合(hé)这(zhè)个周期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们(men)又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验(yàn)室，这里的季(jì)节与之前的实(shí)验室正好相(xiāng)反，而(ér)在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特(tè)征和第一个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在这里可(kě)以得到相同的(de)信号，就可以成为(wèi)暗物质(zhì)所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所(suǒ)以(yǐ)截(jié)至(zhì)目前还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的视(shì)野是哈勃红外(wài)仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物(wù)质背(bèi)后(hòu)的(de)奥秘，对(duì)于探测的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验(yàn)室(shì)粒子(zi)天体物理中(zhōng)心的(de)科学(xué)家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的(de)效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说(shuō)是生(shēng)命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那(nà)么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或(huò)许在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗物(wù)质(zhì)存在的(de)实际证据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我更新的(de)动力！

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