宇宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为何(hé)会存在科(kē)学(xué)无法(fǎ)解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十(shí)年当中(zhōng)进行了(le)超过50次的长期实验(yàn)，但是却没(méi)有(yǒu)发现(xiàn)任(rèn)何的有效证据。除了(le)一个地方(fāng)，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲学(xué)数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定(dìng)律的时(shí)候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过(guò)引力(lì)在摄(shè)动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现了(le)海王星的存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力(lì)定律所取得(dé)重(zhòng)大天文(wén)成就的例子(zi)。但是这(zhè)些(xiē)发现(xiàn)都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们(men)上升到星系或者是星团的(de)尺度(dù)，事情(qíng)就开(kāi)始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发星系团的(de)质量。这是一个由(yóu)数千个星系所(suǒ)组成的巨大(dà)星系团(tuán)，这些星(xīng)系被(bèi)引(yǐn)力束缚在一起。测量(liàng)星系(xì)团的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果一致，就(jiù)可以确定(dìng)其(qí)质(zhì)量的范围。

第一种是获得(dé)其"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个(gè)星(xīng)系的光度。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团中的各个(gè)星系(xì)相对于星系团的运(yùn)动速(sù)度。当测量(liàng)结(jié)果出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不(bù)以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹威基发(fā)现星系团中很多(duō)星系的速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定(dìng)律，仅靠(kào)这些可(kě)见星(xīng)系的(de)质量所产生的引力是无法将它们(men)束缚在(zài)星系(xì)团内的(de)，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的力(lì)量在起作(zuò)用，这种力量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形(xíng)的(de)物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提(tí)出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对(duì)这(zhè)样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的(de)运行(xíng)速度就会越慢(màn)。但是(shì)他们观测(cè)的结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的增加，恒星的(de)旋转速(sù)度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可是(shì)根据牛顿的(de)万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律，在星系当中如果(guǒ)没(méi)有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外围的(de)恒(héng)星(xīng)早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会使用(yòng)一(yī)种相对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气(qì)体在X轴上距离(lí)星系中心的(de)距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的(de)结果(guǒ)，就认为是(shì)由(yóu)暗(àn)物质(zhì)的力(lì)量进入其中。

于是科学(xué)家们通过(guò)射电望远镜(jìng)测量了(le)距离星系中心更远距(jù)离的(de)氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实(shí)际(jì)上，太(tài)阳(yáng)系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际(jì)会计和审计哪个发展前景比较好些，会计和审计哪个发展前景比较好一点速度远远大于理论速度，那(nà)么产生(shēng)以上这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就(jiù)是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力(lì)效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开(kāi)始，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的(de)存在。科学家(jiā)根据星系外(wài)恒(héng)星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星(xīng)系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不是唯一可以解释这(zhè)个现(xiàn)象的(de)原因(yīn)。在一项新的(de)研究当中，科学(xué)家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的(de)微(wēi)小差异。另外，天(tiān)文学(xué)家还发现(xiàn)了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当(dāng)中存在的(de)恒星数量却只有银(yín)河系(xì)的千(qiān)分(fēn)之一。

所以在(zài)理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离(lí)析(xī)。但是科学家们(men)使(shǐ)用最(zuì)先(xiān)进(jìn)的望远镜(jìng)对其(qí)进行(xíng)了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力学(xué)定律来(lái)解释的。那么(me)又(yòu)有(yǒu)人提(tí)出，也许该(gāi)星系(xì)的(de)暗物质，已经被(bèi)附近的另一个(gè)大星系剥离(lí)了。奇怪的是(shì)，它的(de)附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象的(de)除了暗(àn)物质的(de)假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力(lì)的理解还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的(de)工作方式是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会(huì)沿着它们(men)的轨道，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的方式运动。但是上升(shēng)到(dào)星系(xì)和星团(tuán)的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同(tóng)的方式(shì)。对于在(zài)星系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的(de)规模上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊的(de)效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这(zhè)意味着(zhe)我(wǒ)们需要(yào)对现在的物理定律进行修正，这些发现也(yě)让很(hěn)多人(rén)认为暗物(wù)质假说理论就(jiù)此终结。但(dàn)是(shì)在(zài)宇宙当(dāng)中还有关(guān)于暗物质存在(zài)的其他(tā)的(de)理(lǐ)论证据，这(zhè)些理论证据(jù)是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿(yì)光年的(de)子弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组成，类(lèi)似这样的(de)星团，它们大部分的普通(tōng)质(zhì)量都(dōu)在(zài)星系的(de)气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会(huì)导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分的质量将位于所有这(zhè)些气体所在(zài)的中间区域。那(nà)么我们(men)通过什么来验(yàn)证它的质量(liàng)区域到底(dǐ)是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的(de)高(gāo)清照片，在照片(piàn)中我们(men)可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这(zhè)样极遥(yáo)远的天体和我(wǒ)们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨大(dà)的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的(de)东西的引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发(fā)生了(le)扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的(de)天体可能是(shì)超大质量的(de)黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的(de)大质量区域并不(bù)是在中(zhōng)间，而(ér)是(shì)在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团(tuán)发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的(de)质量气体(tǐ)被(bèi)卡在(zài)了(le)中间(jiān)，暗物质则(zé)直接通过了这个区(qū)域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认(rèn)为(wèi)是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还(hái)有来自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地(dì)穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各(gè)相同性的微波(bō)辐(fú)射。其(qí)中红(hóng)色(sè)的(de)部分(fēn)表(biǎo)示温(wēn)度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的(de)温(wēn)差只有万分(fēn)之一。

科(kē)学(xué)家们(men)通过对(duì)前景背景分离后(hòu)的二值(zhí)图像进行连通域提取和标记之后发(fā)现，如(rú)果(guǒ)宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值的(de)幅度会(huì)减小，才(cái)变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们需(xū)要的暗物(wù)质大约是(shì)普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释(shì)星(xīng)系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例(lì)是一致(zhì)的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了(le)一个(gè)简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就相当于(yú)找到了暗物质存在(zài)的(de)实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出(chū)了(le)数十种(zhǒng)的(de)假想目(mù)标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实验方式(shì)也不相同(tóng)。在过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这(zhè)些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗(àn)物(wù)质”，科学家们(men)已经进行了(le)超过50次的(de)实验(yàn)，却没有任何实(shí)质性的发现，除了一个地(dì)方，意(yì)大(dà)利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的(de)地(dì)学实验(yàn)室，这个实(shí)会计和审计哪个发展前景比较好些，会计和审计哪个发展前景比较好一点验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观(guān)测到(dào)了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探测率会(huì)在每年的(de)6月份达(dá)到峰(fēng)值(zhí)，然(rán)后(hòu)在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一(yī)些科(kē)学家认为(wèi)这可能是(shì)人类发现暗物质的(de)第(dì)一(yī)个直接证据(jù)。

但是(shì)为什么暗物(wù)质会(huì)产生(shēng)周期性的年(nián)度会计和审计哪个发展前景比较好些，会计和审计哪个发展前景比较好一点信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着(zhe)暗(àn)物质流，这个过(guò)程中会(huì)产生(shēng)相应的振荡，同时地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候，地球(qiú)与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到完全一致，这是(shì)理论上(shàng)地球(qiú)穿越暗(àn)物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的(de)有效性(xìng)。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为这可以用来解释(shì)，研究人员们所观测到的周期(qī)性信号。当然也可(kě)能(néng)有其(qí)他的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周期信号的差(chà)异也可(kě)能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水分、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数(shù)量(liàng)也符(fú)合(hé)这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实(shí)验室正好(hǎo)相反，而(ér)在(zài)这(zhè)里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物质流(liú)的运(yùn)动(dòng)特(tè)征和第(dì)一(yī)个(gè)实验室是一样(yàng)的(de)。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所(suǒ)存(cún)在的非常有力的证(zhèng)据了(le)。但是由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截至目前还(hái)无法(fǎ)提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的(de)望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但(dàn)它的(de)宽(kuān)视(shì)场仪器提(tí)供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一(yī)个关(guān)键的用(yòng)途就(jiù)是探索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对(duì)于探(tàn)测(cè)的(de)结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能(néng)拭目以(yǐ)待了(le)。费米实验室(shì)粒子天体物理中心(xīn)的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发(fā)现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有(yǒu)另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当(dāng)中生命的(de)诞生，或(huò)者说是生(shēng)命进化的一个重要因素(sù)。

如(rú)果这(zhè)一理论(lùn)得到进一步的证(zhèng)实(shí)，那么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质(zhì)会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这(zhè)样的(de)效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是(shì)要先找到暗物质存(cún)在(zài)的实际(jì)证(zhèng)据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的(de)支持是我更新的动力！

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