宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会(huì)存在科学无法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类(lèi)为了(le)寻找暗(àn)物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几(jǐ)十年当中进(jìn)行了超(chāo)过50次的(de)长期实验，但(dàn)是却没(méi)有发现任(rèn)何的(de)有效证据。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的(de)规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天(tiān)体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时(shí)候，他们(men)就会知(zhī)道(dào)，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力(lì)在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒(lēi)维耶(yé)就通过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现(xiàn)了海王星的存在(zài)。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都(dōu)是应用(yòng)万有引力定(dìng)律所取得(dé)重大天文(wén)成就的例子。但是这(zhè)些(xiē)发现都(d黄山山体主要由什么岩石构成ōu)是在恒星系统的(de)尺度当(dāng)中，可当我们上升(shēng)到(dào)星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度(dù)，事情(qíng)就开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究(jiū)和测量后发星(xīng)系(xì)团的质量。这是(shì)一个由(yóu)数千个星系所组(zǔ)成的巨(jù)大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测(cè)量星系团的质量一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结(jié)果一致，就可以(yǐ)确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要(yào)的数据是测量各个(gè)星系的光(guāng)度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算(suàn)，是(shì)利用光谱红(hóng)移(yí)测(cè)量星系团中的各个星系相对(duì)于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们(men)无(wú)法看(kàn)到。最诡异的是，在(zài)测(cè)量速度的过(guò)程中，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的(de)运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生的引力是无法(fǎ)将它(tā)们(men)束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团(tuán)之外了，除(chú)非有一种神(shén)秘的力量在(zài)起作用(yòng)，这种力(lì)量(liàng)来(lái)源(yuán)于(yú)某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样(yàng)部分不可见的(de)暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们(men)却占(zhàn)据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时(shí)的人们对这样的一(yī)种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才(cái)再一(yī)次出现。天(tiān)文学(xué)家(jiā)维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动。理论上来(lái)说(shuō)，距(jù)离中(zhōng)心(xīn)越远的恒星在其轨(guǐ)道上的(de)运行速度就会(huì)越慢(màn)。但是(shì)他们观测的结果却让人感(gǎn)到(dào)不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的(de)增加(jiā)，恒星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎(hū)保持不变。可(kě)是根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星(xīng)系(xì)当中如果没有足够大的质(zhì)量(liàng)来吸引它们，这些(xiē)外围的恒(héng)星(xīng)早就被甩到宇宙当中(zhōng)了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学(xué)家们会使用(yòng)一(yī)种相对标准的方法来解释(shì)暗物质的(de)存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由暗(àn)物质(zhì)的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合牛顿(dùn)的(de)力学定律。我们(men)的(de)太阳(yáng)系(xì)也不例外，太阳系位于(yú)银河(hé)系的第三(sān)悬臂之上，距(jù)离银(yín)河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太(tài)阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是(shì)存在着(zhe)一种我们看不(bù)到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚集(jí)在了一(yī)起。

也(yě)是(shì)从(cóng)这时开始，越来越多的研(yán)究人员开始相信(xìn)暗物质的存在(zài)。科(kē)学家根据星系(xì)外恒(héng)星轨道(dào)的速度，估(gū)算(suàn)在星(xīng)系当(dāng)中暗(àn)物质的质量占整个(gè)星系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一可以解释这个现象的原(yuán)因(yīn)。在(zài)一(yī)项(xiàng)新的(de)研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出(chū)现(xiàn)速度(dù)上的微小差(chà)异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地(dì)球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系(xì)不(bù)多，但是星系当中存在(zài)的恒星(xīng)数量(liàng)却只有银河(hé)系的千分之一。

所(suǒ)以在(zài)理论(lùn)上，该星系(xì)必(bì)须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进的(de)望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量之后(hòu)，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用正常(cháng)的(de)物质和力学定律来解(jiě)释的。那(nà)么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪(guài)的是，它的(de)附近没(méi)有任何(hé)星系存(cún)在。造成这些(xiē)现象的除了暗(àn)物质的(de)假说之外，另一种可能就是(shì)人类(lèi)对(duì)引力的理解还不够全(quán)面，引力很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是(shì)不同的，这意味(wèi)着在行星(xīng)系(xì)尺度(dù)中的(de)天(tiān)体会沿着(zhe)它们的轨道(dào)，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了外部(bù)场效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是(shì)在(zài)数百(bǎi)万光年(nián)的规(guī)模上，巨大的质(zhì)量(liàng)之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味(wèi)着我们(men)需要(yào)对现在的物理定律进行(xíng)修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多人认(rèn)为暗物质(zhì)假说(shuō)理论(lùn)就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有(yǒu)关于(yú)暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这(zhè)些理(lǐ)论(lùn)证据(jù)是(shì)蒙德(dé)理论所(suǒ)没法(fǎ)解(jiě)释的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿光年的子弹(dàn)星系(xì)团，由两(liǎng)个(gè)碰撞(zhuàng)的(de)星(xīng)系(xì)团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普(pǔ)通质量(liàng)都(dōu)在星系的(de)气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的相互作用(yòng)就(jiù)会导致温度的(de)急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系团大(dà)部分的质量(liàng)将位于所有这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通(tōng)过什么来验证它的质量(liàng)区域到底是不是集(jí)中在中间(jiān)呢(ne)？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空(kōng)望(wàng)远镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的(de)高清照片，在(zài)照(zhào)片中我们可以明显(xiǎn)地看到(dào)很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也(yě)不是(shì)韦伯(bó)望远镜出了什么问题(tí)，而是这样(yàng)极(jí)遥远的天体和我(wǒ)们地球(qiú)上(shàng)的观测(cè)者之间。被(bèi)一(yī)个质量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的(de)天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以当(dāng)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(shì)在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方(fāng)法(fǎ)就是(shì)当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的(de)质量气(qì)体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则(zé)直(zhí)接通过(guò)了(le)这个区域，并(bìng)在两边(biān)形成了引力透(tòu)镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的(de)引力透镜研究也被认为是暗物质存在(zài)的迄今(jīn)为(wèi)止(zhǐ)最(zuì)好的理论(lùn)证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最(zuì)古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了(le)。经过了130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上(shàng)留下了各(gè)相同(tóng)性的(de)微(wēi)波辐(fú)射。其中红(hóng)色(sè)的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实(shí)际上它们之(zhī)间(jiān)的温(wēn)差只(zhǐ)有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们通(tōng)过对(duì)前景背景分离后(hòu)的二值图像进行(xíng)连通(tōng)域(yù)提取和标(biāo)记(jì)之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形(xíng)看起来不应该(gāi)是这样(yàng)的，而随着(zhe)暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们(men)需要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所(suǒ)需要(yào)的暗(àn)物质(zhì)比例(lì)是一致的(de)。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了(le)一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了(le)很多不同(tóng)的观测结果。而暗物(wù)质(zhì)的(de)本(běn)质(zhì)就是宇宙当中(zhōng)存(cún)在(zài)着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通(tōng)过(guò)引(yǐn)力来相互作用。所(suǒ)以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的实际证据(jù)。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已经(jīng)提出了(le)数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要(yào)的实(shí)验方式也不相(xiāng)同。在过去的(de)几十(shí)年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物(wù)质相互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上(shàng)最(zuì)大的(de)地(dì)学实(shí)验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的(de)探测器，一(yī)直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的周(zhōu)期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的(de)科(kē)学家声(shēng)称观(guān)测到了某种信号。经过了(le)20多年的(de)数(shù)据(jù)收集，人们发(fā)现(xiàn)了一(yī)个有(yǒu)趣(qù)的事情(qíng)。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当(dāng)中每年都是一样(yàng)。一些(xiē)科(kē)学家认为这可能是人类发现暗(àn)物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质会(huì)产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们(men)讲了(le)太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移(yí)动(dòng)，那么(me)如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这(zhè)样的速度在穿越(yuè)着暗(àn)物(wù)质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的(de)时间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而(ér)另(lìng)外半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太(tài)阳系(xì)相对银河系的(de)平面呈(chéng)现了(le)60度的(de)倾(qīng)斜，但是这并不影响这个黄山山体主要由什么岩石构成理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释(shì)，研究人员(yuán)们所观(guān)测到的周期性信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造(zào)成(chéng)这种年度(dù)周(zhōu)期(qī)信号的(de)差异也可能(néng)是(shì)温(wēn)度、湿(shī)度(dù)、土壤中的(de)水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利(lì)游(yóu)客的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学(xué)家(jiā)们又在(zài)南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的(de)实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物(wù)质(zhì)流的运动(dòng)特(tè)征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质所存在的(de)非(fēi)常(cháng)有力的证据(jù)了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法(fǎ)提供相应的(de)数(shù)据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台(tái)太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的(de)视野(yě)是(shì)哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测(cè)的(de)结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子(zi)天体物理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的(de)诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得到进一(yī)步的(de)证实(shí)，那么(me)遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创造(zào)生命。当然(rán)，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗物质存(cún)在的实际证据(jù)。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗(àn)物质到底存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支(zhī)持是(shì)我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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