宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在(zài)科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)存在的证据(jù)，科学家(jiā)们(men)在过(guò)去的几十年(nián)当(dāng)中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的(de)有(yǒu)效(xiào)证(zhèng)据。除(chú)了一(yī)个地方(fāng)，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然哲学数(shù)学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天体运动的规(guī)律。往(wǎng)后的(de)几(jǐ)百年来，当天文(wén)学家们发(fā)现(xiàn)某(mǒu)些(xiē)天体(tǐ)运行轨道出现异(yì)常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候(hòu)，他(tā)们就会知道(dào)，周围(wéi)一(yī)定(dìng)有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过(guò)引力在摄(shè)动(dòng)它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道(dào)的(de)异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发(fā)现都是(shì)应用万有引力定律所取得重大(dà)天文成就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们上(shàng)升到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在研究和(hé)测量后发星系团的质量(liàng)。这(zhè)是一个由数千个(gè)星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束(shù)缚在一起。测量星系(xì)团的质(zhì)量一(yī)般会使用(yòng)到两种方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一(yī)致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是(shì)获得(dé)其"光度学的质(zhì)量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的光(guā金允智致命之旅演的谁ng)度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力(lì)学质量(liàng)的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系(xì)团中(zhōng)的各个星系相对于(yú)星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来(lái)之后(hòu)，兹(zī)威(wēi)基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者(zhě)说(shuō)这(zhè)99%的(de)质(zhì)量并不(bù)以可(kě)见光的形(xíng)式所存在，我们(men)无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的(de)是，在测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团中(zhōng)很多(duō)星系的(de)速(sù)度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的(de)运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系(xì)的质量所(suǒ)产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它们(men)早就应该被抛出星系团(tuán)之外了(le)，除非有(yǒu)一种神秘的(de)力量在(zài)起作(zuò)用，这种力(lì)量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这(zhè)样部分(fēn)不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才(cái)再(zài)一(yī)次(cì)出(chū)现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说(shuō)，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上的运(yùn)行速度(dù)就会越慢。但是他们观测(cè)的(de)结果却让人感到不(bù)可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持(chí)不变。可是(shì)根据(jù)牛顿(dùn)的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大(dà)的质量来(lái)吸引它们，这(zhè)些外(wài)围的恒(héng)星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于(yú)这种现象，科学家们会使(shǐ)用一(yī)种相(xiāng)对标准的(de)方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系(xì)中(zh金允智致命之旅演的谁ōng)心(xīn)的距离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测(cè)量(liàng)了距离(lí)星系(xì)中心更远距(jù)离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系位于银河(hé)系(xì)的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在(zài)以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河系(xì)旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就(jiù)是存(cún)在着一种我们看不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效(xiào)应(yīng)将星(xīng)系(xì)聚(jù)集(jí)在(zài)了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究(jiū)人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外恒(héng)星轨(guǐ)道的(de)速度，估算(suàn)在星(xīng)系(xì)当中(zhōng)暗(àn)物质的质(zhì)量(liàng)占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一(yī)可以解释(shì)这个现(xiàn)象的(de)原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科(kē)学(xué)家们发现，几乎没(méi)有引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的(de)微小差异。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(xīng)系距离地球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银河系不(bù)多，但(dàn)是星系当中存在(zài)的恒星数量却(què)只有(yǒu)银河系的(de)千分之一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用(yòng)最先进(jìn)的望远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒(héng)星运(yùn)动是可以用正(zhèng)常的(de)物(wù)质和力学定(dìng)律(lǜ)来(lái)解释的。那么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是(shì)，它的(de)附近没有任何星系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一(yī)种可能就(jiù)是人类(lèi)对引(yǐn)力(lì)的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意(yì)味着在(zài)行(xíng)星系尺度(dù)中(zhōng)的(de)天体会沿(yán)着它们(men)的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但是(shì)上(shàng)升(shēng)到星系和星团的(de)尺(chǐ)度，引力之间的(de)相(xiāng)互作(zuò)用则(zé)是不同的方式(shì)。对于在(zài)星系团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科学(xué)家(jiā)还引(yǐn)入了外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万(wàn)光年(nián)的规模上，巨(jù)大的质量(liàng)之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这意味着我(wǒ)们需要对现(xiàn)在的(de)物理定律进(jìn)行修(xiū)正，这些发现(xiàn)也让很(hěn)多人认(rèn)为(wèi)暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结(jié)。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解释(shì)的(de)“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年的(de)子(zi)弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质(zhì)量都(dōu)在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致(zhì)温度(dù)的急剧(jù)升高，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这些气体所在的中间(jiān)区域。那么(me)我们通(tōng)过什(shén)么来验(yàn)证它的质量区域到底(dǐ)是不是(shì)集(jí)中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片(piàn)中(zhōng)我(wǒ)们可以明显地(dì)看(kàn)到很(hěn)多星系(xì)似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其(qí)实这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我们地球(qiú)上(shàng)的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质(zhì)量(liàng)的东西(xī)的引力(lì)，会(huì)使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的(de)黑(hēi)洞或者是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时候，发(fā)现它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(fǎ)就(jiù)是当星(xīng)团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通(tōng)过了这个区(qū)域，并在(zài)两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力(lì)透镜(jìng)研究也被认(rèn)为(wèi)是(shì)暗物质(zhì)存在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了(le)。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景上留下(xià)了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红(hóng)色的(de)部分表示(shì)温(wēn)度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际(jì)上它们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学(xué)家们通过对(duì)前景(jǐng)背景分(fēn)离后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记(jì)之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗(àn)物质，图(tú)形看起(qǐ)来(lái)不应该(gāi)是(shì)这样的，而随着暗物质的(de)增加，一(yī)些峰(fēng)值的幅(fú)度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需要的(de)暗物质大约是(shì)普通物(wù)质的5倍。这个数字与解(jiě)释(shì)星系当(dāng)中恒星运动(dòng)所需要的(de)暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单(dān)的理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗(àn)物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的(de)粒子，它们(men)不参(cān)与任何其他的(de)电磁作用，只通过引(yǐn)力(lì)来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒子(zi)的存在，就相当于(yú)找到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么(me)？科学(xué)家(jiā)们已(yǐ)经(jīng)提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需(xū)要(yào)的实验方式也不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不(bù)会与常(cháng)规物质相互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上最大(dà)的地(dì)学(xué)实验室，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高(gāo)的探测(cè)器，一(yī)直致力于(yú)寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学(xué)家声称观测(cè)到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过了(le)20多(duō)年的数据(jù)收(shōu)集，人们(men)发现(xiàn)了(le)一个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会在(zài)每年(nián)的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而(ér)且在(zài)20年当(dāng)中每年都是一样。一(yī)些科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物(wù)质(zhì)会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着(zhe)银河系进(jìn)行移动，那么如果(guǒ)暗物质存(cún)在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速(sù)度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年的(de)时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的(de)，而(ér)另外半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的(de)时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达(dá)到(dào)了最慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河系(xì)的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这(zhè)个理论的(de)有效性。

因(yīn)此科(kē)学(xué)家认为这可以用来(lái)解释，研究(jiū)人员们(men)所观测到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这(zhè)种年(nián)度周(zhōu)期(qī)信号的差异(yì)也可(kě)能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分、高山上的(de)积雪，甚(shèn)至连意大利游客(kè)的数量也符合这(zhè)个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球(qiú)建立了一个几乎(hū)相同的实验(yàn)室，这里的季(jì)节(jié)与之前的(de)实验(yàn)室正好(hǎo)相反，而(ér)在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物(wù)质所存(cún)在的(de)非常有(yǒu)力的证(zhèng)据(jù)了。但是由(yóu)于这个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以截至目前(qián)还无法提供(gōng)相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜(jìng)，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视(shì)场仪器(qì)提供的视野是哈勃(bó)红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望(wàng)远镜其中一个关(guān)键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在，它们(men)极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说(shuō)是生命进化(huà)的一个(gè)重要因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会(huì)不会意(yì)味着人(rén)类(lèi)并不孤单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效(xiào)应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更新(xīn)的(de)动力！

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