宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科(kē)学无法解(jiě)释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在(zài)的证据(jù)，科(kē)学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却(què)没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动的规(guī)律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异(yì)常，不(bù)符(fú)合万有引力定律(lǜ)的时(shí)候，他们就会(huì)知道，周围(wéi)一定有未知的天(tiān)体通过引力在(zài)摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通过(guò)天王星运行轨(guǐ)道(dào)的异常，推算并且发现了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律所(suǒ)取得重大天(tiān)文成就(jiù)的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系(xì)统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到(dào)星(xīng)系或者是(shì)星团的(de)尺度，事情就(jiù)开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹(zī)威基正在(zài)研究(jiū)和(hé)测量后(hòu)发星系团的质量(liàng)。这是一个由数千个(gè)星(xīng)系所组(zǔ)成的巨大(dà)星系(xì)团，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用(yòng)到两种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就(jiù)可(kě)以确定其质(zhì)量的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获(huò)得其"光度(dù)学(xué)的(de)质量(liàng)"，需(xū)要的数据是测量各个(gè)星系(xì)的光度。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是(shì)利用光(guāng)谱红移测(cè)量星(xīng)系团(tuán)中的各个星系(xì)相对于星系团的运动速度。当测量结果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然是(shì)“光度学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后(hòu)发(fā)座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这(zhè)99%的(de)质量并不以可见光的形式(shì)所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团(tuán)中很多星系(xì)的速度(dù)比理论上要快(kuài)得多(duō)，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可(kě)见星(xīng)系(xì)的质量(liàng)所产生的(de)引力(lì)是(shì)无法将(jiāng)它们束缚在星系团(tuán)内的，它(tā)们早(zǎo)就(jiù)应(yīng)该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的力量在起作用(yòng)，这(zhè)种力(lì)量来(lái)源于(yú)某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提(tí)出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发(fā)散光(guāng)、吸(xī)光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量(liàng)。只是当时(shí)的人们对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才再一(yī)次出现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒(héng)星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的(de)结果(guǒ)却让人感到不可思议(yì)。

随着(zhe)与中心(xīn)距离(lí)的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万(wàn)有引力定律，在星系(xì)当中如果(guǒ)没(méi)有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家(jiā)们会使用一种相对标准的方法来解(jiě)释暗物(wù)质的存在(zài)，这(zhè)种方法就(jiù)是测(cè)量星系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力(lì)量(liàng)进入其中(zhōng)。

于(yú)是科学家们通过射电(diàn)望中国有多少个在职少将，中国现有多少在职上将远镜(jìng)测量了(le)距离(lí)星(xīng)系(xì)中心(xīn)更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三(sān)悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就是存在(zài)着一种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应(yīng)将(jiāng)星系聚(jù)集在(zài)了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人(rén)员(yuán)开始相(xiāng)信暗物(wù)质的(de)存(cún)在(zài)。科(kē)学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质(zhì)的质(zhì)量占整个星(xīng)系质量的(de)85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学(xué)家们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的(de)微小差异。另外，天文(wén)学家还(hái)发现了一(yī)个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星(xīng)系必须存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就(jiù)会(huì)分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详细测量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒(héng)星运(yùn)动是可以用正常的(de)物质和(hé)力学定律来解释(shì)的。那(nà)么(me)又有人提出，也许该星(xīng)系(xì)的暗(àn)物质，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质(zhì)的假说之(zhī)外(wài)，另(lìng)一(yī)种可能(néng)就(jiù)是人类对引力的理解还(hái)不够全面，引力很可能(néng)在不(bù)同尺度(dù)空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意(yì)味着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们(men)所理解的(de)方式运动(dòng)。但是(shì)上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互(hù)作用则是(shì)不同的方式。对于(yú)在星(xīng)系团之间的相互作用，科学家还引入(rù)了外部(bù)场效应的(de)概(gài)念，指的是在(zài)数百万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大的(de)质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着(zhe)我们需要对现在(zài)的(de)物理定(dìng)律进行修正，这(zhè)些(xiē)发现也让很多(duō)人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存(cún)在的其他(tā)的理论证据，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子(zi)弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似(shì)这样的星团，它们(men)大部分(fēn)的(de)普通质量(liàng)都在星(xīng)系的气体(tǐ)当中。当(dāng)星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的相互(hù)作(zuò)用就会导致(zhì)温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质(zhì)量将(jiāng)位于所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那(nà)么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是(shì)集中在(zài)中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片(piàn)，在照片中我(wǒ)们可以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉(lā)伸产生了(le)巨(jù)大的形变。其实这些星系本(běn)身并(bìng)不是真的被扭曲(qū)了(le)，也(yě)不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么问(wèn)题(tí)，而是(shì)这样极遥远的(de)天体和我(wǒ)们地球(qiú)上的(de)观测(cè)者(zhě)之间。被一个质(zhì)量超级巨(jù)大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量的东西的(de)引力(lì)，会使身后(hòu)更(gèng)遥(yáo)远星系(xì)的光都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个(gè)现象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是超大质量(liàng)的(de)黑洞或(huò)者是暗(àn)物质。

所以当人们(men)对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时(shí)，可被(bèi)观测到的质量(liàng)气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则(zé)直接通(tōng)过了这(zhè)个(gè)区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的(de)引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的(de)理(lǐ)论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这(zhè)些(xiē)光在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留(liú)下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区(qū)域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较冷的区(qū)域(yù)，但实(shí)际上它(tā)们之间(jiān)的温(wēn)差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过(guò)对(duì)前景背(bèi)景(jǐng)分离(lí)后的二值图像(xiàng)进行连通域提(tí)取(qǔ)和标记之后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看(kàn)起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解(jiě)释星系当中恒星运动所需(xū)要的(de)暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观测结(jié)果。而暗物质的本(běn)质(zhì)就是宇宙当(dāng)中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互(hù)作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒(lì)子的存(cún)在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学(xué)家们已经提出了数十种的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的(de)目(mù)标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年(nián)当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找这(zhè)些看不(bù)见、摸(mō)不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的(de)发现，除了一个(gè)地方，意(yì)大利的格(gé)兰(lán)萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻(xún)找暗物质粒子(zi)的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的(de)数(shù)据收(shōu)集，人们(men)发现了一个(gè)有(yǒu)趣的事情。探(tàn)测率会在每年(nián)的6月(yuè)份达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月降到最(zuì)低，而(ér)且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些(xiē)科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物(wù)质的第(dì)一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什么(me)暗(àn)物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太(tài)阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们(men)也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地(dì)球(qiú)又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的(de)速度围(wéi)绕(rào)太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河(hé)系的方向是一致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时(shí)候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完(wán)全一致(zhì)，这是理论上(shàng)地球穿越暗物(wù)质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾(qīng)斜，但是(shì)这(zhè)并不影(yǐng)响这个理论的(de)有(yǒu)效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认为(wèi)这(zhè)可以用来解释，研究(jiū)人(rén)员(yuán)们(men)所(suǒ)观测(cè)到(dào)的周期性信(xìn)号。当然也(yě)可能(néng)有其他的情况，造成这种(zhǒng)年(nián)度周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山(shān)上的积雪，甚至连意大(dà)利(lì)游客的数(shù)量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在南半球建(jiàn)立(lì)了一个几乎(hū)相同(tóng)的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而(ér)在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第(dì)一个(gè)实验室是(shì)一样的(de)。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到相(xiāng)同的信号，就可(kě)以成为暗物质所存(cún)在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法提(tí)供相应(yīng)的数据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场仪器(qì)提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于(yú)探测的结果，我们(men)只能拭目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验(yàn)室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一(yī)种神秘(mì)的(de)效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者(zhě)说是生命(mìng)进(jìn)化的一(yī)个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中的暗(àn)物质会不会(huì)意味着(zhe)人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角落的(de)行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的(de)大(dà)前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据(jù)。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持(chí)是我更新的动力！

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