宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十年(nián)当(dāng)中(zhōng)进行了超过50次(cì)的长期实验，但是(shì)却没有发现任何(hé)的(de)有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一(yī)书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的(de)规(guī)律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不(bù)符合万(wàn)有引力定律(lǜ)的时候，他们就(jiù)会知道，周围一(yī)定有(yǒu)未(wèi)知的天体通(tōng)过引力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的(de)异常，推算并且发现(xiàn)了海王星(xīng)的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应(yīng)用(yòng)万(wàn)有引力定律所(suǒ)取得重大(dà)天文成就(jiù)的例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的(de)尺(chǐ)度当中，可当我(wǒ)们(men)上升(shēng)到星系或者是(shì)星团的(de)尺(chǐ)度，事情就开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在(zài)研究和测(cè)量后发星(xīng)系团的质量。这是(shì)一个由数千(qiān)个星(xīng)系所组(zǔ)成的巨大(dà)星系团(tuán)，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的(de)质(zhì)量一(yī)般会使用到(dào)两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是(shì)测量各个星(xīng)系的(de)光(guāng)度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用(yòng)光谱红(hóng)移测量(liàng)星系团中的各(gè)个星(xīng)系相对于星系团的(de)运动速(sù)度。当(dāng)测量结果出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或(huò)者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的(de)形(xíng)式所(suǒ)存在，我们无法看(kàn)到(dào)。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基(jī)发现星系(xì)团中很多(duō)星系(xì)的速度(dù)比(bǐ)理论上要(yào)快得多，按照牛(niú)顿(dùn)的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的(de)质量所产生的引力是无(wú)法将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星(xīng)系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用(yòng)，这(zhè)种力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部(bù)分不可见(jiàn)的暗(àn)质，它(tā)不(bù)发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却(què)占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再一(yī)次出(chū)现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福(fú)特在观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上(shàng)的(de)运(yùn)行速(sù)度就会越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感到不可(kě)思(sī)议。

随着与中心(xīn)距离的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒(héng)星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学家们会(huì)使用一种相对标准(zhǔn)的(de)方(fāng)法来(lái)解释(shì)暗物(wù)质的存(cún)在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测(cè)量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心(xīn)的距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气(qì)体的(de)旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物(wù)质的力(lì)量进入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家(jiā)们通过射电望远镜(jìng)测(cè)量了(le)距离星系(xì)中心(xīn)更远距离的(de)氢元素，发(fā)现它(tā)们的旋转速度并(bìng)不符(fú)合牛顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)银(yín)河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实(shí)际(jì)速度远远大于理论速度，那么(me)产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速(sù)度的原因很可能就是存在着一(yī)种(zhǒng)我们看(kàn)不(bù)到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星(xīng)系(xì)聚(jù)集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人员开(kāi)始相信暗物质的存在(zài)。科学家(jiā)根(gēn)据(jù)星系外恒星轨道(dào)的(de)速(sù)度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一可以(yǐ)解释这个现(xiàn)象的原(yuán)因。在一项新的(de)研究当中，科(kē)学家们(men)发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发现了一(yī)个反常的星(xīng)系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河(hé)系不(bù)多，但(dàn)是(shì)星(xīng)系(xì)当(dāng)中存在的恒星数量却(què)只(zhǐ)有(yǒu)银(yín)河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是(shì)科学家们使用(yòng)最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小时的(de)详(xiáng)细(xì)测量之后，发现星系(xì)中的恒(héng)星运动是(shì)可以用正(zhèng)常的物质和力学(xué)定律来解释的。那(nà)么又有人(rén)提出，也(yě)许该星(xīng)系的暗物质，已经被(bèi)附(fù)近(jìn)的另一个大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它的附近(jìn)没(méi)有任何星系(xì)存在。造成(chéng)这些现象的(de)除了暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引力的理解还(hái)不够全面，引力很可能(néng)在不同尺度空间(jiān)中(zhōng)的(de)工作方式是不同的(de)，这(zhè)意(yì)味着在(zài)行星(xīng)系尺度(dù)中的天(tiān)体(tǐ)会(huì)沿着(zhe)它们的轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理解的(de)方式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作用则是不(bù)同的方式。对于在星系团(tuán)之(zhī)间(jiān)的(de)相互(hù)作用，科学(xué)家还引入了外(wài)部(bù)场效应的(de)概(gài)念，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会(huì)产生(shēng)对彼此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们需要对现在的物理(lǐ)定律进(jìn)行修正，这(zhè)些发(fā)现(xiàn)也(yě)让很(hěn)多人认(rèn)为(wèi)暗物质假说理论(lùn)就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于暗物质存在的(de)其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这(zhè)些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光(guāng)年的(de)子弹星系(xì)团(tuán)，由两个(gè)碰撞的(de)星系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们(men)大(dà)部分(fēn)的普通质量都(dōu)在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时候，星(xīng)际气体的相互(hù)作用就会(huì)导致(zhì)温度的急(jí)剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理(lǐ)论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星(xīng)系团大(dà)部分(fēn)的质量将位于所有这些气体所在的(de)中间(jiān)区(qū)域。那么我(wǒ)们通过什么(me)来验证它的质量区域到底是不(bù)是集中(zhōng)在中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片(piàn)中我们可以明显地(dì)看到很多星(xīng)系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一(yī)个质量(liàng)超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的(de)光(guāng)都(dōu)发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引(yǐn)力透镜效应。这(zhè)个(gè)巨(jù)大(dà)的(de)天体(tǐ)可能是(shì)超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当(dāng)人(rén)们(men)对子弹星系团观测的(de)时候，发现它(tā)的大质量区域并不(bù)是在中间，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以(yǐ)最好的解(jiě)释方法就(jiù)是当星团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通过了这个(gè)区(qū)域，并在(zài)两(liǎng)边形成了(le)引力透镜。对子(zi)弹(dàn)星系(xì)团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老(lǎo)的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些光在宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度较高的(de)区(qū)域，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一(yī)些(xiē)峰值(zhí)的幅度(dù)会减小，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐射的测(cè)量(liàng)值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当(dāng)中(zhōng)恒(héng)星运动所(suǒ)需要(yào)的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了(le)很多不同的观测结(jié)果(guǒ)。而(ér)暗物质的本(běn)质(zhì)就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着(zhe)某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来相互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物(wù)质存在的(de)实际证据(jù)。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们(men)已经提(tí)出了数十种的假(jiǎ)想目(mù)标(biāo)，而要(yào)寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些不同的目(mù)标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年当中，人(rén)类为了寻(xún)找这(zhè)些看不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作(zuò)用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有(yǒu)任(rèn)何(hé)实质性的发现，除了(le)一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

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(yàn)室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层(céng)楼高的(de)探测器，一直(zhí)致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测到(dào)了某(mǒu)种信(xìn)号。经过(guò)了(le)20多年的数据收集，人(rén)们发(fā)现(xiàn)了一个(gè)有趣(qù)的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科(kē)学家认为这(zhè)可能是人类发现暗物(wù)质的第一(yī)个直接证据(jù)。

但(dàn)是(shì)为(wèi)什么暗物质会产生周期性的(de)年度(dù)信号呢？刚才我们讲了(le)太阳(yáng)系正在(zài)以220公里/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银(yín)河系(xì)进(jìn)行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着(zhe)我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质(zhì)流，这个过(guò)程中会产生相应的(de)振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太(tài)阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有半年的(de)时间，地球围(wéi)绕(rào)太(tài)阳的方向与(yǔ)太(tài)阳(yáng)环绕银(yín)河系的方向是一(yī)致的(de)，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达(dá)到(dào)完全一(yī)致，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在(zài)实际(jì)的情况中，太(tài)阳(yáng)系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的(de)有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来解释，研究(jiū)人(rén)员(yuán)们所观(guān)测到(dào)的周期性信号。当然也可能(néng)有其他(tā)的情况，造(zào)成(chéng)这种年度周(zhōu)期信(xìn)号(hào)的差异也可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连(lián)意(yì)大利(lì)游客(kè)的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在(zài)南半球建立了一个几乎(hū)相同(tóng)的实验室，这里的季(jì)节(jié)与(yǔ)之前的实(shí)验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的(de)运动特征(zhēng)和第一个(gè)实验(yàn)室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得到相同的(de)信(xìn)号(hào)，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力的(de)证据了(le)。但是由(yóu)于这个实验室(shì)刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所以截至目前还(hái)无(wú)法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供(gōng)的(de)视野(yě)是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一(yī)个(gè)关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持(chí)宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者(zhě)说(shuō)是生(shēng)命进化的(de)一个重要(yào)因素(sù)。

如(rú)果这一(yī)理(lǐ)论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质(zhì)会不(bù)会意(yì)味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这样的(de)效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得(dé)暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的(de)支持是(shì)我更新的动(dòng)力！

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