宇宙是“人为制造”的(de)？为何会(huì)存在科学无法解(jiě)释的“暗(àn)物(wù)质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什么？人(rén)类为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期(qī)实(shí)验，但(dàn)是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何(hé)的(de)有效证据(jù)。除了一个(gè)地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然哲学数学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运动的规(guī)律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文学家(jiā)们(men)发现某(mǒu)些天体运行轨道出(chū)现异(yì)常，不符合万有引力定律的(de)时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知(zhī)的(de)天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶(yé)就通(tōng)过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并(bìng)且发(fā)现(xiàn)了(le)海王星的(de)存在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现都是应用(yòng)万有(yǒu)引力(lì)定律所取得(dé)重(zhòng)大天文成就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可当我们上升(shēng)到星系(xì)或者是(shì)星(xīng)团的尺度，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数(shù)千个星系所(suǒ)组成(chéng)的(de)巨(jù)大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测(cè)量星系团(tuán)的质量一般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的(de)数(shù)据是测(cè)量各(gè)个星(xīng)系的光度。

第(dì)二种是动力学质量(liàng)的计(jì)算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红(hóng)移测(cè)量星系(xì)团中的各个星(xīng)系相(xiāng)对于(yú)星系团(tuán)的(de)运动速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威基(jī)彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们(men)无法看(kàn)到(dào)。最诡(guǐ)异的是(shì)，在(zài)测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的速(sù)度比理论上要快得(dé)多(duō)，按(àn)照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量(liàng)所产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出(chū)星系团(tuán)之外了(le)，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这种力量(liàng)来(lái)源于某(mǒu)种隐形的(de)物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光(guāng)、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们(men)却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样(yàng)的一(yī)种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特在观测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒(héng)星运动。理论上来说，距(jù)离中心(xīn)越远的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是(shì)他(tā)们观测的结果却让人感到不可(kě)思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标(biāo)准的(de)方法来解释暗(àn)物质的存在(zài)，这种方(fāng)法就是测量星系(xì)当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上距离星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋(xuán)转速度。如(rú)果出现(xiàn)异常的结果，就认为(wèi)是由暗(àn)物(wù)质的力量进入(rù)其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜测(cè)量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋(塞尔维亚女人好追吗，塞尔维亚好找女朋友吗xuán)转速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们(men)的太阳系也不(bù)例外，太(tài)阳系位于银河(hé)系的第(dì)三悬臂之上，距(jù)离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万有引力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太(tài)阳系的运行速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在(zài)着一种我们(men)看不到的物质，是(shì)这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信(xìn)暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占(zhàn)整(zhěng)个(gè)星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一可以(yǐ)解(jiě)释这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中(zhōng)，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会(huì)出(chū)现速度上的(de)微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多(duō)，但是星系(xì)当(dāng)中存在的(de)恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是(shì)科学(xué)家们(men)使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的(de)详细测量之后，发现星系(xì)中(zhōng)的(de)恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质(zhì)，已经(jīng)被附近(jìn)的另一(yī)个(gè)大星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它的附(fù)近(jìn)没(méi)有任何星系存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗(àn)物质的假说(shuō)之外(wài)，另(lìng)一种(zhǒng)可(kě)能就(jiù)是人(rén)类对引力(lì)的(de)理(lǐ)解还(hái)不(bù)够(gòu)全面(miàn)，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意(yì)味着在行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照(zhào)我们(men)所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力(lì)之间的相互作用则是不(bù)同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家还引(yǐn)入了外(wài)部场效应的(de)概念，指的(de)是在数百(bǎi)万光年的(de)规模(mó)上，巨大的(de)质量之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这(zhè)意(yì)味着我(wǒ)们需要(yào)对现在的(de)物理定律进行修正，这(zhè)些发现(xiàn)也让很多人(rén)认为暗物质假说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在(zài)的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的(de)星系(xì)团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们(men)大部(bù)分的普通质量都(dōu)在星系(xì)的(de)气体当中。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时(shí)候，星际气体的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)就会导致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系(xì)团大部分的质量将位于(yú)所有这些气体所在的(de)中间区域。那么我(wǒ)们通过什么来验证它(tā)的质量区域到底是(shì)不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远镜(jìng)传回了(le)宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地看到很多(duō)星系似(shì)乎(hū)被拉伸(shēn)产生了巨(jù)大的形变。其实(shí)这(zhè)些星系本(běn)身并不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦伯(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体(tǐ)和我们地球(qiú)上(shàng)的观测者之间。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨大(dà)的天(tiān)体遮挡，这个(gè)超大(dà)质量的东西的引力(lì)，会(huì)使身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的(de)时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量区域并不是(shì)在(zài)中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在(zài)了中间，暗(àn)物质则直接通过了(le)这(zhè)个区域，并在(zài)两边形(xíng)成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的(de)引(yǐn)力透镜研究(jiū)也被认为是(shì)暗物质存(cún)在的迄今为止最好的(de)理论证据(jù)。

除此之外(wài)，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上留(liú)下了(le)各(gè)相同性(xìng)的(de)微波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分(fēn)表示(shì)温度较高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实(shí)际(jì)上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背(bèi)景分离后的(de)二(èr)值图像进行(xíng)连(lián)通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物(wù)质的增(zēng)加，一(yī)些峰(fēng)值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背景辐(fú)射的(de)测量值，我们(men)需要的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒(héng)星运动所需(xū)要(yào)的暗(àn)物质比(bǐ)例是(shì)一(yī)致的。这(zhè)就意(yì)味(wèi)着。

用了一个(gè)简单的理论框架(jià)，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质(zhì)就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁(cí)作(zuò)用(yòng)，只通过引力(lì)来相互作用(yòng)。所以如果能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经(jīng)提(tí)出(chū)了数十种的(de)假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻(xún)找这些不同的目标(biāo)粒(lì)子所需要的(de)实验方式也不相(xiāng)同。在(zài)过去的几十年当(dāng)中，人类(lèi)为了寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸(mō)不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常规(guī)物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行(xíng)了(le)超过50次的实验(yàn)，却没有任何实(shí)质性的(de)发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏(cáng)着地球上(shàng)最大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的(de)数据(jù)收集(jí)，人们发现了一个(gè)有(yǒu)趣的(de)事情。探测率(lǜ)会(huì)在每年(nián)的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每(měi)年都是(shì)一样。一些(xiē)科学家认为这可(kě)能(néng)是人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个(gè)直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系(xì)正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那(nà)么如果暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味(wèi)着(zhe)我们也(yě)在以这样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半年的时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银河(hé)系的方(fāng)向是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时候，地球(qiú)与太(tài)阳的方向(xiàng)正好达(dá)到完(wán)全一致，这是(shì)理(lǐ)论上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的(de)情况中(zhōng)，太阳系相对(duì)银(yín)河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是(shì)这并(bìng)不影响这(zhè)个理论的有效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为(wèi)这可以用来(lái)解释，研究人员们所观测到的周期性(xìng)信号。当(dāng)然也(yě)可(kě)能有其他的情况，造(zào)成这种年(nián)度周期信号的差异也可能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量(liàng)也符合这个周期(qī)的规(guī)律。

所以，科(kē)学家们(men)又在南半球建立了一个几乎(hū)相同的(de)实验室，这里(lǐ)的季节与之前的(de)实验室正好相反，而(ér)在这里，地球(qiú)穿过暗(àn)物质(zhì)流的运(yùn)动特征和第一个实(shí)验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可以得到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截(jié)至(zhì)目前还无法提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的(de)望远镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外(wài)仪(yí)器(qì)的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的(de)用途就是探索暗物质背后的(de)奥(ào)秘(mì)，对(duì)于探测(cè)的结果，我们(men)只能拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒子天体(tǐ)物理中心的科(kē)学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存(cún)在，它们(men)极有(yǒu)可能拥有另一种(zhǒng)神秘(mì)的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会(huì)不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样(yàng)的效(xiào)应创造(zào)生命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的(de)大(dà)前提是要先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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