宇宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的(de)证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中进行了超过50次(cì)的长期(qī)实验，但是却没有发现任何(hé)的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的(de)自(zì)然哲学数学(xué)原理一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异(yì)常，不(bù)符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就(jiù)会知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过引力(lì)在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过(guò)天王(wáng)星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算并且发现了海(hǎi)王(wáng)星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)所取得重大(dà)天文成就(jiù)的例子。但(dàn)是这些(xiē)发现都(dōu)是在恒星系统的(de)尺(chǐ)度(dù)当(dāng)中，可当我们上(shàng)升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理(lǐ)学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星(xīng)系(xì)团(tuán)的质(zhì)量。这(zhè)是一个由数(shù)千个星系(xì)所组成(chéng)的巨大星系(xì)团，这(zhè)些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的质量一(yī)般会使用到(dào)两种方法，当两种(zhǒng)方法结(jié)果一致，就可以确(què)定其(qí)质(zhì)量(liàng)的范围。

第(dì)一种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是(shì)测量各(gè)个(gè)星系的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利(lì)用光(guāng)谱红移测量星系团中的各(gè)个星系(xì)相对于星系团的(de)运动速度(dù)。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味(wèi)着，后(hòu)发座星系团有99%的(de)质量消失(shī)了(le)，或(huò)者说这99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存(cún)在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中(zhōng)很(hěn)多(duō)星系的速度比理论上要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见(jiàn)星系的质量所(suǒ)产生的引力是无(wú)法将它们束缚(fù)在星(xīng)系团内的，它(tā)们早就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量来(lái)源于某(mǒu)种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗(àn)质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它们(men)却(què)占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们(men)对(duì)这样的(de)一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出(chū)现(xiàn)。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心越远的(de)恒星(xīng)在其轨道(dào)上的运行速度(dù)就会越(yuè)慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人感到不可(kě)思议。

随着与中心(xīn)距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)，在(zài)星(xīng)系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引它(tā)们，这(zhè)些外(wài)围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一(yī)种相对标准的方(fāng)法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量星(xīng)系(xì)当(dāng)中气(qì)体在(zài)X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就(jiù)认(rèn)为是由暗(àn)物质的(de)力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是(shì)科学家(jiā)们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合(hé)牛顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不例外，太阳(yáng)系位(wèi)于银(yín)河系的(de)第三(sān)悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万有(yǒu)引力定律(lǜ)进行计(jì)算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕银河系旋转，这个实(shí)际(jì)速度(dù)远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速(sù)度的原因很(hěn)可能就是(shì)存在(zài)着一种我们看(kàn)不到的(de)物质，是这些暗(àn)物质的引(yǐn)力效应(yīng)将(jiāng)星系(xì)聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研(yán)究人员开(kāi)始(shǐ)相信(xìn)暗物质的(de)存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算(suàn)在星系当中暗物(wù)质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这(zhè)个(gè)现(xiàn)象的原因。在(zài)一项新的研究(jiū)当中，科(kē)学家们发现，几乎(hū)没(méi)有引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会出现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学(xué)家还发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量却只有银(yín)河系的(de)千分(fēn)之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否(fǒu)则(zé)就(jiù)会分崩(bēng)离(lí)析(xī)。但是科学家们(men)使用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)对其(qí)进行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细(xì)测量(liàng)之后，发现星系(xì)中的恒星运动是(shì)可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解释的。那么(me)又有(yǒu)人提出，也许该星(xīng)系的暗(àn)物质，已经被附近的(de)另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没(méi)有任(rèn)何星系(xì)存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能(néng)就是人类对引力的理解(jiě)还(hái)不够全面(miàn)，引力很可(kě)能在不同尺度空间中(zhōng)的工作(zuò)方式是(shì)不(bù)同的，这意味着(zhe)在行星系尺度(dù)中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照我们(men)四月的小说集，四月的小说好看吗所理解的(de)方式(shì)运动。但是上升到星系和(hé)星(xīng)团(tuán)的(de)尺度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互(hù)作用则是不同的方式。对于(yú)在星系(xì)团之间的相互作用，科学家还引入了(le)外(wài)部场(chǎng)效(xiào)应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要对现(xiàn)在(zài)的物(wù)理定(dìng)律进行修正，这些发现也让很多(duō)人(rén)认为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其(qí)他的理论证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据是(shì)蒙(méng)德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光(guāng)年(nián)的子(zi)弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星系的气体(tǐ)当(dāng)中(zhōng)。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的(de)时(shí)候，星际气(qì)体的相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位(wèi)于所有这些气体所在的(de)中间区域。那么我们通过什么来验(yàn)证它的质量区域到四月的小说集，四月的小说好看吗底是不是(shì)集中在中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一(yī)张(zhāng)全(quán)彩的高清照片(piàn)，在(zài)照片中我们可(kě)以(yǐ)明显地看(kàn)到很(hěn)多星(xīng)系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形(xíng)变。其实这些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么(me)问(wèn)题(tí)，而是这(zhè)样极遥远的天体(tǐ)和(hé)我(wǒ)们地(dì)球上的观测者之间。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发生了(le)扭(niǔ)曲。这(zhè)个(gè)现象(xiàng)就是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大的(de)天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中间(jiān)，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方法(fǎ)就(jiù)是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观(guān)测到的质(zhì)量(liàng)气体被(bèi)卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物(wù)质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力(lì)透镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了。经过了130多(duō)亿(yì)年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景(jǐng)上留(liú)下了(le)各相同性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示(shì)温度较高的(de)区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的(de)区域，但实(shí)际上它们(men)之间的(de)温差(chà)只有万分之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后的二值(zhí)图像(xiàng)进行连通域(yù)提取(qǔ)和标记之后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗(àn)物质大(dà)约是普通物(wù)质的5倍。这个数(shù)字与解释星(xīng)系(xì)当中(zhōng)恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的(de)理论(lùn)框(kuāng)架，就很好地解释了很(hěn)多不(bù)同的观测结果。而暗(àn)物质的(de)本质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们(men)已(yǐ)经(jīng)提出了(le)数十种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而要寻找这(zhè)些不(bù)同的目标(biāo)粒子所需要的实(shí)验方式也不相同。在过(guò)去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类为了寻(xún)找这(zhè)些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会(huì)与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没有(yǒu)任何实(shí)质性(xìng)的发现，除(chú)了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下(xià)矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地球上最(zuì)大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科(kē)学(xué)家声称观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个(gè)有(yǒu)趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科(kē)学(xué)家(jiā)认(rèn)为这可能是(shì)人类(lèi)发现暗物质的第(dì)一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周(zhōu)期性的年(nián)度(dù)信号(hào)呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕(rào)着银河(hé)系进行移动，那么(me)如果暗物(wù)质存在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也在(zài)以这(zhè)样的(de)速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的方向与太(tài)阳环绕银河系的(de)方向是一致的(de)，而(ér)另(lìng)外半年(nián)则(zé)与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月(yuè)份(fèn)的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好(hǎo)达到完全一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗物质(zhì)流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河(hé)系的平(píng)面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响这个(gè)理论的(de)有(yǒu)效(xiào)性。

因此科(kē)学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人(rén)员们所观测到的(de)周期性信(xìn)号。当然也可能(néng)有(yǒu)其他(tā)的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的(de)差(chà)异也可(kě)能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山(shān)上(shàng)的积(jī)雪，甚至(zhì)连(lián)意(yì)大利游客的数量也(yě)符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了一个(gè)几(jǐ)乎相同的实验室，这里的(de)季(jì)节(jié)与之前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非常(cháng)有力(lì)的证据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应(yīng)的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望远镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供(gōng)的视野是(shì)哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其中一个关键(jiàn)的用途就(jiù)是探(tàn)索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结(jié)果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子天体(tǐ)物理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研(yán)究发现，如(rú)果暗物质(zhì)存在(zài)，它们(men)极有可能拥有另(lìng)一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说是生(shēng)命进化的(de)一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到(dào)进一(yī)步的证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的暗(àn)物(wù)质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通(tōng)过这样的效(xiào)应(yīng)创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要(yào)先找(zhǎo)到暗(àn)物质存在(zài)的实(shí)际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物质到底存(cún)不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的(de)支持(chí)是我更新的动力(lì)！

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