宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何(hé)会存在(zài)科学无法(fǎ)解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过去的几十年当中进行了(le)超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的(de)有效证据。除了一个(gè)地(dì)方，在1687年出(chū)版(bǎn)的(de)自然哲(zhé)学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的规律。往后(hòu)的几百年来(lái)，当天文学家(jiā)们(men)发现某些天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引(yǐn)力定律的(de)时候，他们就会知道，周围一定有未知的(de)天体通过引力(lì)在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天(tiān)王星(xīng)运(yùn)行轨道的(de)异(yì)常，推算并且发现了(le)海王星的(de)存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发(fā)现(xiàn)都是应用万有引力定律所取(qǔ)得重大(dà)天文成就的例(lì)子。但是这(zhè)些发现(xiàn)都(dōu)是在恒(héng)星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可当(dāng)我们(men)上(shàng)升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹威(wēi)基正在研究和(hé)测(cè)量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千(qiān)个(gè)星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测(cè)量星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法(fǎ)，当(dāng)两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其(qí)质量的范(fàn)围。

第一种是(shì)获得其"光(guāng)度学的质量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的(de)光度。

第二种是动力学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的(de)各(gè)个星系(xì)相(xiāng)对于(yú)星系团的运动速度。当测(cè)量(liàng)结(jié)果出(chū)来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质(zhì)量消(xiāo)失(shī)了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形(xíng)式所存(cún)在，我们(men)无(wú)法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基发(fā)现星系团中很多星系的速度比理论上要(yào)快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可(kě)见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在(zài)星系团内(nèi)的，它(tā)们早(zǎo)就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来(lái)源于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不(bù)可见的(de)暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分的(de)质量。只是(shì)当时的人们对这样的一(yī)种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词(cí)才再一次出现。天(tiān)文学(xué)家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯(kěn)特福特(tè)在观(guān)测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却(què)让人(rén)感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可是根(gēn)据(jù)牛(niú)顿的万有引力定律(lǜ)，在星系(xì)当中如(rú)果没有足够大的(de)质量来吸引它们，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早(zǎo)就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基(jī)于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们会(huì)使(shǐ)用一种相对(duì)标准的(de)方(fāng)法来解释暗物质的(de)存在，这种方法就是测量星系当中气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现异(yì)常的结(jié)果，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿(dùn)的力(lì)学定(dìng)律。我们的太阳系也(yě)不例(lì)外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速度应该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系(xì)正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围绕银河系旋(xuán)转，这(zhè)个实际(jì)速度远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那么(me)产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加速度的原因很可能就是存在(zài)着一种我们(men)看不到的物(wù)质，是这些暗(àn)物质的引力效应将星系聚集在(zài)了一(yī)起。

也(yě)是(shì)从这时(shí)开(kāi)始，越来越多的研究人员(yuán)开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的存在。科学家(jiā)根(gēn)据星系外(wài)恒(héng)星(xīng)轨道(dào)的(de)速度(dù)，估算在星系当中暗物(wù)质的(de)质量占整个(gè)星系(xì)质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎(hū)没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速(sù)度上的(de)微小差异(yì)。另外(wài)，天文学家还发现了一个(gè)反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银(yín)河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家们(men)使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后(hòu)，发现星系中(zhōng)的恒星(xīng)运(yùn)动是可以用正常(cháng)的物质和力学(xué)定律(lǜ)来(lái)解释的(de)。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能(néng)就是人类对(duì)引力的理解(jiě)还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度(dù)空间(jiān)中的工(gōng)作方式(shì)是不同的，这意味着(zhe)在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团(tuán)的(de)尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是不同(tóng)的方(fāng)式。对于在星(xīng)系团(tuán)之(zhī)间的相(xiāng)互作用，科(kē)学家还(hái)引(yǐn)入(rù)了(le)外部场效(xiào)应的概(gài)念(niàn)，指的是在数百万光(guāng)年(nián)的(de)规模上，巨大的质量(liàng)之间会(huì)产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意晋m是山西哪里的车(yì)味着我们需要(yào)对现(xiàn)在的物(wù)理定律(lǜ)进行修正，这些发(fā)现也让(ràng)很多人认为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就(jiù)此(cǐ)终(zhōng)结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还有关于(yú)暗物质存在的(de)其他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙(méng)德理论所没(méi)法解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这样的星团(tuán)，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的(de)时候，星际(jì)气体的相(xiāng)互作用就会(huì)导致温(wēn)度的急剧升高(gāo)，速(sù)度(dù)大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部(bù)分的质量将(jiāng)位于(yú)所有这些(xiē)气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过(guò)什(shén)么来验证它的(de)质量区域到底(dǐ)是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片(piàn)，在照片中我(wǒ)们可(kě)以明显地看(kàn)到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形(xíng)变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这(zhè)样极遥(yáo)远的天体和我们地(dì)球上的观测者之间(jiān)。被一(yī)个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超(chāo)大质量的东西的引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可(kě)能(néng)是超大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观(guān)测的时候(hòu)，发(fā)现它的大质(zhì)量区域并(bìng)不是(shì)在中(zhōng)间，而(ér)是在(zài)两侧。所(suǒ)以最(zuì)好(hǎo)的解释(shì)方法就(jiù)是当星(xīng)团发生全部(bù)的(de)碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体被卡在(zài)了(le)中间(jiān)，暗物(wù)质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两(liǎng)边(biān)形成了(le)引力透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)的引力(lì)透镜研究(jiū)也被认为(wèi)是暗物(wù)质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除(chú)此之外(wài)，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅(chàng)通(tōng)无(wú)阻地穿越在(zài)宇宙当中了(le)。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下(xià)了各相(xiāng)同性(xìng)的微波(bō)辐射(shè)。其(qí)中红色的部分(fēn)表示温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色(sè)则表示相对(duì)较(jiào)冷的区(qū)域，但实际上它们(men)之(zhī)间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们(men)通过对前景背景(jǐng)分离后的(de)二(èr)值图(tú)像进行连通域(yù)提取(qǔ)和标记之后发现，如(rú)果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗(àn)物晋m是山西哪里的车质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才(cái)变得看起来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗(àn)物质(zhì)大约是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运(yùn)动所需要的(de)暗(àn)物(wù)质(zhì)比例是一致的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了(le)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(cè)结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类(lèi)型的粒子(zi)，它们(men)不(bù)参(cān)与任(rèn)何其他(tā)的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互(hù)作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒(lì)子(zi)的存在(zài)，就相当于找到了(le)暗物质(zhì)存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学(xué)家们(men)已经提(tí)出(chū)了数十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为了(le)寻找这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会(huì)与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家们已经(jīng)进(jìn)行了超过50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大(dà)利的(de)格兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球(qiú)上最大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了(le)某(mǒu)种信号(hào)。经过(guò)了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的(de)事(shì)情。探测率会在(zài)每年的6月份达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降到最低(dī)，而且在20年(nián)当中每年(nián)都(dōu)是(shì)一样(yàng)。一些科学(xué)家认为这可能是(shì)人类发现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但(dàn)是为什么(me)暗物质会(huì)产生周期性的年(nián)度(dù)信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太(tài)阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳(yáng)环绕(rào)银河系(xì)的方向是一致的，而另外(wài)半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的(de)时候，地球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一(yī)致，这是理(lǐ)论(lùn)上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而(ér)在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的情况中，太阳(yáng)系(xì)相对银河(hé)系的平面呈(chéng)现了60度的(de)倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影(yǐng)响这个理(lǐ)论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认为这(zhè)可以用来解释，研究人员们所观(guān)测到的周期性(xìng)信号。当(dāng)然(rán)也可能(néng)有其他的情况，造(zào)成(chéng)这种年度周(zhōu)期信号(hào)的(de)差异也可(kě)能是温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连(lián)意大利游客的数量(liàng)也(yě)符合这个周(zhōu)期的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在南半(bàn)球建立(lì)了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的(de)季节(jié)与之前的实验(yàn)室正好(hǎo)相反，而(ér)在这(zhè)里(lǐ)，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流的(de)运动特(tè)征和(hé)第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物(wù)质所(suǒ)存在(zài)的非常有力的证据了(le)。但是(shì)由于这个(gè)实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中一个(gè)关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研(yán)究(jiū)发(fā)现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一(yī)个重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意(yì)味着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造(zào)生(shēng)命(mìng)。当然，这(zhè)些(xiē)推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质(zhì)到底(dǐ)存(cún)不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持是(shì)我更新的动(dòng)力(lì)！

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