宇宙是“人(rén)为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据(jù)，科学家(jiā)们在过去的几十年当(dāng)中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却(què)没(méi)有发现任何的(de)有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引(yǐn)力定律的时(shí)候(hòu)，他们就会(huì)知道，周围一定有未知(zhī)的(de)天(tiān)体通过引力(lì)在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的(de)发现都是应用万有引力定(dìng)律所(suǒ)取得重大(dà)天文成就的例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是(shì)在恒星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者(zhě)是星(xīng)团的(de)尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发星系(xì)团的(de)质(zhì)量(liàng)。这是一个(gè)由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果(guǒ)一(yī)致，就可以确定(dìng)其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的(de)质(zhì)量"，需要(yào)的数据是(shì)测量各个(gè)星(xīng)系的(de)光度。

第二种是(shì)动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中(zhōng)的各(gè)个星系相对于(yú)星系(xì)团的运动速度(dù)。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动(dòng)力学质(zhì)量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着(zhe)，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这(zhè)99%的(de)质量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的是，在测(cè)量速度的过(guò)程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系(xì)团中(zhōng)很多(duō)星(xīng)系(xì)的速度比理(lǐ)论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可(kě)见星系的质量所(suǒ)产(chǎn)生(shēng)的引力是(shì)无法将它们束缚(fù)在星系团内的(de)，它们(men)早就应该被抛出(chū)星系团之外了，除非(fēi)有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹(zī)维基(jī)提出(chū)了这样(yàng)部分不可见的暗质(zhì)，它不发(fā)散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们(men)对这样的一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观(guān)测(cè)仙(xiān)女座(zuò)星(xīng)系中的(de)恒星运动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中心越远的(de)恒(héng)星在其轨(guǐ)道(dào)上的运行速(sù)度(dù)就会越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感到不可(kě)思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没有足够大的质量来(lái)吸(xī)引它们，这(zhè)些(xiē)外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了(le)。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科(kē)学家们(men)会使(shǐ)用一种相对(duì)标准的方(fāng)法来解(jiě)释暗物质的(de)存(cún)在(zài)，这种方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量(liàng)进入其(qí)中。

于(yú)是科学家们通过射(shè)电望(wàng)远镜(jìng)测量了距离星(xīng)系中心更远距离的(de)氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符(fú)合牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我们的(de)太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂(bì)之上(shàng)，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳(y城野医生是哪里的品牌，城野医生是什么品牌áng)系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论速度(dù)，那么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的原因很可能就是(shì)存在着一种我们(men)看不到(dào)的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒(héng)星轨道的速度(dù)，估算在星系当(dāng)中暗物质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究当中，科学(xué)家们(men)发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外(wài)，天文(wén)学家还发(fā)现了一(yī)个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银河系(xì)不多，但是(shì)星系当中(zhōng)存在的恒(héng)星数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论(lùn)上(shàng)，该星系(xì)必须存在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个小时的(de)详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质(zhì)和(hé)力(lì)学定律来解(jiě)释(shì)的。那么又有人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的(de)除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解(jiě)还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天(tiān)体会(huì)沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的方式(shì)运动。但(dàn)是上升到(dào)星系(xì)和星(xīng)团的(de)尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相互作用(yòng)则是(shì)不同的方式。对于在星系(xì)团(tuán)之间的相互作(zuò)用(yòng)，科学(xué)家还引入了外部场效(xiào)应的(de)概念，指的是(shì)在(zài)数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这(zhè)些(xiē)发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还(hái)有关于(yú)暗物质存在(zài)的其他的理论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解释(shì)的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿(yì)光(guāng)年的(de)子弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星(xīng)系团所组成(chéng)，类似这样的星团(tuán)，它们大部(bù)分的普通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团(tuán)以(yǐ)1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作(zuò)用就会(huì)导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系(xì)团大部(bù)分的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的(de)中(zhōng)间区域。那么我们通过(guò)什(shén)么来(lái)验(yàn)证它的质(zhì)量区域到底(dǐ)是(shì)不(bù)是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片(piàn)，在照片(piàn)中(zhōng)我(wǒ)们可以明显(xiǎn)地(dì)看到很(hěn)多(duō)星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本(běn)身并(bìng)不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的(de)天体和我们地球上的观(guān)测(cè)者(zhě)之间(jiān)。被一(yī)个质(zhì)量(liàng)超级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量(liàng)的东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这个(gè)现象就是引力(lì)透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的(de)天体可(kě)能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子(zi)弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大(dà)质(zhì)量区域并不(bù)是在(zài)中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可(kě)被(bèi)观测到(dào)的质量气(qì)体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则(zé)直(zhí)接(jiē)通过了这个(gè)区域(yù)，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系团的(de)引力透(tòu)镜研究也被认为(wèi)是暗(àn)物质存在的迄今为止最(zuì)好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年(nián)之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了(le)各相同(tóng)性的(de)微波辐射。其中红(hóng)色(sè)的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相(xiāng)对较冷的区(qū)域(yù)，但实际(jì)上它们之间的(de)温(wēn)差只有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像进行连(lián)通(tōng)域提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来(lái)不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度(dù)会(huì)减小，才变(biàn)得看起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微(wēi)波(bō)背景(jǐng)辐射的(de)测量值，我(wǒ)们(men)需要的暗物(wù)质大(dà)约是(shì)普(pǔ)通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒(héng)星(xīng)运动所(suǒ)需(xū)要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框架，就很好地解释了很(hěn)多不同(tóng)的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它(tā)们(men)不参与任何(hé)其他的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力来(lái)相互(hù)作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的(de)存(cún)在，就相当于找到了暗(àn)物(wù)质存(cún)在的实际证据。这种粒子(zi)到底(dǐ)是(shì)什么？科学家们(men)已经(jīng)提出了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过(guò)去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经(jīng)进行了(le)超过50次(cì)的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除(chú)了一个(gè)地方(fāng)，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测(cè)到了某种信(xìn)号。经过了20多年的(de)数据城野医生是哪里的品牌，城野医生是什么品牌收集，人(rén)们发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年(nián)都(dōu)是一样。一(yī)些科学家(jiā)认为这(zhè)可能是(shì)人(rén)类(lèi)发(fā)现暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河(hé)系进行移动，那么如(rú)果暗物质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也在(zài)以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕(rào)太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地(dì)球与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影(yǐng)响这个(gè)理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学家认为这(zhè)可(kě)以用来解(jiě)释，研(yán)究人员们所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可能(néng)有其他的情况，造成(chéng)这种年度周期(qī)信(xìn)号的(de)差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也符合这个(gè)周(zhōu)期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验(yàn)室正好相(xiāng)反(fǎn)，而(ér)在这里，地(dì)球穿过暗物质流的(de)运(yùn)动特征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可(kě)以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非(fēi)常有力(lì)的(de)证据(jù)了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截(jié)至目前还无(wú)法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台新的望远(yuǎn)镜，这(zh城野医生是哪里的品牌，城野医生是什么品牌è)台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但(dàn)它的(de)宽视场(chǎng)仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其(qí)中(zhōng)一个关键的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质(zhì)背(bèi)后的(de)奥(ào)秘，对于探测(cè)的结果，我(wǒ)们(men)只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子(zi)天(tiān)体(tǐ)物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如(rú)果暗(àn)物(wù)质存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中(zhōng)生(shēng)命(mìng)的(de)诞生，或者说是生命进化(huà)的(de)一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类(lèi)并(bìng)不(bù)孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应(yīng)创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先(xiān)找到暗(àn)物质存在的实际证(zhèng)据。那么(me)小伙(huǒ)伴们(men)，你们(men)觉(jué)得暗物质(zhì)到底(dǐ)存(cún)不(bù)存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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