宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在(zài)科(kē)学无(wú)法解释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证(zhèng)据，科(kē)学家们在过(guò)去的几十年(nián)当(dāng)中进行(xíng)了(le)超过50次(cì)的长期实验(yàn)，但是却没有发现(xiàn)任何(hé)的有效证(zhèng)据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学(xué)原理一(yī)书中，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当(dāng)天文(wén)学(xué)家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常(cháng)，不符(fú)合万有引力定律的(de)时候，他们就(jiù)会知道，周围(wéi)一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推(tuī)算并(bìng)且发现了(le)海(hǎi)王星的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引力定(dìng)律所取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星系(xì)统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度(dù)，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星系团的质(zhì)量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质(zhì)量一般(bān)会使(shǐ)用(yòng)到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的(de)范(fàn)围。

第一(yī)种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要(yào)的(de)数(shù)据是测量各个(gè)星系(xì)的光度(dù)。

第(dì)二(èr)种(zhǒng)是(shì)动力学质量的计(jì)算，是利用(yòng)光谱红(hóng)移测量星(xīng)系团中的各个星系相对于星系团(tuán)的(de)运动速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了(le)，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见(jiàn)光(guāng)的形式(shì)所(suǒ)存在(zài)，我们无法看到(dào)。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量速度的过(guò)程中，兹(zī)威(wēi)基发现星系团中很多星(xīng)系的(de)速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这(zhè)些可(kě)见星系的质量所产生的引力是无(wú)法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的(de)力量在起作用，这种力(lì)量来源于(yú)某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出(chū)了(le)这样(yàng)部分(fēn)不(bù)可(kě)见的暗质(zhì)，它不发(fā)散(sàn)光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的(de)质量。只是当时的(de)人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现(xiàn)。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙(xiān)女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的(de)运行速度(dù)就会越慢。但是(shì)他们观测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持(chí)不变(biàn)。可(kě)是根据(jù)牛顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当中如果没有(yǒu)足(zú)够大的(de)质量(liàng)来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外(wài)围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。基于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存(cún)在，这种方(fāng)法就是测量(liàng)星系(xì)当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果出(chū)现(xiàn)异常的结果，就认为是(shì)由(yóu)暗物质的力(lì)量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合(hé)牛顿的(de)力学(xué)定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系(xì)的第三悬臂之(zhī)上，距离(lí)银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行计算，太(tài)阳系的(de)运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕(rào)银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于(yú)理论速度，那么(me)产生(shēng)以上(shàng)这种向心(xīn)加(jiā)速度的原因很(hěn)可能就是存在(zài)着一种(zhǒng)我(wǒ)们看(kàn)不到的物质(zhì)，是(shì)这些暗物质(zhì)的引力效应将星(xīng)系聚(jù)集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的(de)研(yán)究(jiū)人员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解(jiě)释(shì)这个(gè)现象的原因。在一(yī)项(xiàng)新的(de)研究当中(zhōng)，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出现速度(dù)上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但(dàn)是星(xīng)系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银(yín)河(hé)系的(de)千分之一。<一方水等于多少吨水，一方水等于多少吨水/p>

所(suǒ)以在理论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进的(de)望(wàng)远镜对其进(jìn)行了40个小时的详(xiáng)细测(cè)量之(zhī)后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用正(zhèng)常(cháng)的物质(zhì)和力学定律来(lái)解释的。那么又有(yǒu)人提(tí)出(chū)，也许该星系的暗(àn)物(wù)质(zhì)，已经(jīng)被(bèi)附近的(de)另一个(gè)大星系(xì)剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造成(chéng)这些(xiē)现象的除(chú)了暗物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是(shì)人类对引力的(de)理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的(de)，这意味(wèi)着(zhe)在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按(àn)照(zhào)我们所理解的(de)方式运动。但是上升到星系和(hé)星(xīng)团的尺度，引力之间(jiān)的相互作(zuò)用则是(shì)不同的方式(shì)。对于在星(xīng)系(xì)团之(zhī)间(jiān)的相互作用，科学家还引入(rù)了外部(bù)场效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会(huì)产生对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进行修(xiū)正，这些(xiē)发现也让很多(duō)人认(rèn)为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存(cún)在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组成，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它们大部分(fēn)的(de)普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的时(shí)候，星际气体的相(xiāng)互作用就(jiù)会导致温度的急(jí)剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位于所有(yǒu)这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么(me)我们通过什么来验(yàn)证它的质(zhì)量区域到底是(shì)不(bù)是(shì)集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片中我们(men)可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其(qí)实这(zhè)些星系本身(shēn)并不是真的(de)被扭曲(qū)了，也不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我(wǒ)们地球上(shàng)的观测者(zhě)之间。被(bèi)一个(gè)质量超级(jí)巨大的(de)天体遮挡，这个(gè)超大质量的东(dōng)西(xī)的引(yǐn)力，会使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大的天(tiān)体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对子(zi)弹(dàn)星系团观(guān)测的(de)时候，发现它的(de)大质量区域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的(de)引(yǐn)力透(tòu)镜研究(jiū)也被认(rèn)为是(shì)暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当中了(le)。经过(guò)了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背(bèi)景(jǐng)上留(liú)下了各(gè)相同性的(de)微波辐(fú)射。其中红色的部分表示(shì)温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗(àn)物质(zhì)，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而随(suí)着(zhe)暗(àn)物质的增(zēng)加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射(shè)的测量值，我们(men)需要的暗物质(zhì)大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要的暗物质(zhì)比例是(shì)一(yī)致的(de)。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好地解(jiě)释(shì)了很多(duō)不同的观(guān)测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不参(cān)与任(rèn)何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用(yòng)。所(suǒ)以如果能够(gòu)找到这种粒(lì)子的存(cún)在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们已经提出了数十(shí)种的(de)假想目标，而(ér)要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验(yàn)方(fāng)式也(yě)不相同。在过去(qù)的几十年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行(xíng)了(le)超过50次的实(shí)验，却没有(yǒu)任何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除(chú)了一个地(dì)方，意大利的格(gé)兰(lán)萨索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山(shān)脉。

在山(shān)下(xià)1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球(qiú)上最大的地(dì)学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼(lóu)高的(de)探测器，一直致力(lì)于(yú)寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科学家声称(chēng)观测到了某(mǒu)种信(xìn)号(hào)。经过了20多年的(de)数据(jù)收集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测(cè)率会(huì)在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年(nián)度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味着(zhe)我(wǒ)们也(yě)在以这(zhè)样的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会(huì)产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半(bàn)年(nián)的时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方向与太(tài)阳(yáng)环绕(rào)银(yín)河系的(de)方向是一致的，而(ér)另外半年则(zé)与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球(qiú)与太(tài)阳(yáng)的方(fāng)向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系(xì)的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家(jiā)认为这可(kě)以用来解释，研究人员们所观(guān)测到的周(zhōu)期性信(xìn)号(hào)。当然也可能(néng)有(yǒu)其他的情况，造成这种年(nián)度周期信号的差(chà)异(yì)也可能(néng)是(shì)温度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高(gāo)山(shān)上的积雪(xuě)，甚至连意大利(lì)游客的数量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又(yòu)在南半(bàn)球建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季(jì)节与(yǔ)之前的实验室(shì)正好相反(fǎn)，而在这里，地(dì)球穿过暗物(wù)质流(liú)的运动特征和第一个(gè)实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物(wù)质(zhì)所存在的(de)非常有力的证据了(le)。但是由于这个(gè)实(shí)验室(shì)刚刚建(jiàn)成不久，所以截(jié)至目(mù)前还(hái)无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物质背(bèi)后(hòu)的(de)奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥(yōng)有另(lìng)一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命(mìng)进(jìn)化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一(yī)步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某个(gè)角落(luò)的行星(xīng)上，暗物(wù)质正在通(tōng)过这样的(de)效应创造生命。当然，这(zhè)些(xiē)推论(lùn)的大前提是要先找到暗(àn)物质存在(zài)的(d一方水等于多少吨水，一方水等于多少吨水e)实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗(àn)物质到(dào)底存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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