宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科(kē)学(xué)无(wú)法(fǎ)解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗(àn)物质(zhì)存(cún)在(zài)的证据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进行(xíng)了超(chāo)过50次(cì)的长期(qī)实验，但是却没有发(fā)现任(rèn)何的有效证据。除了一个地(dì)方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围(wéi)一(yī)定有未(wèi)知的(de)天体通(tōng)过引力在(zài)摄动(dòng)它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王(wáng)星运行轨道(dào)的(de)异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引力(lì)定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度(dù)当中，可当我们上升到星系或(huò)者是(shì)星团的尺度，事(shì)情就(jiù)开(kāi)始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学家弗(fú)里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研究和测量后发星系团(tuán)的(de)质量。这是(shì)一个由数千(qiān)个星系所组成(chéng)的(de)巨大星系团，这些(xiē)星系被引力(lì)束缚(fù)在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以(yǐ)确定其质(zhì)量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各(gè)个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移(yí)测(cè)量(liàng)星系团(tuán)中的各个星系相(xiāng)对于(yú)星系(xì)团的运动(dòng)速度。当测量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发座星系(xì)团有99%的(de)质量(liàng)消失了，或者说这99%的(de)质量(liàng)并不以可见光的(de)形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量(liàng)速度的过程(chéng)中，兹威基发现(xiàn)星系团中很(hěn)多星系的(de)速(sù)度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它(tā)们早(zǎo)就应该被抛出星系团之(zhī)外了(le)，除非有一种(zhǒng)神秘的(de)力量(liàng)在起作用(yòng)，这种力(lì)量来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不(bù)可见的暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝(jué)大部分的质量。只是当时的(de)人(rén)们(men)对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的(de)恒星(xīng)运动(dòng)。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运(yùn)行(xíng)速度就(jiù)会越慢(màn)。但(dàn)是他(tā)们(men)观测的结果却让人感到不可(kě)思议(yì)。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万(wàn)有引力(lì)定律，在星系当中如(rú)果没有(yǒu)足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科(kē)学家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来解释(shì)暗(àn)物(wù)质的存在，这种方(fāng)法就(jiù)是(shì)测(cè)量星系当中(zhōng)气体在(zài)X轴上(shàng)距(jù)离星系(xì)中(zhōng)心(xīn)的距离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于(yú)是科学家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜(jìng)测量了距(jù)离星系中心更远距(jù)离的(de)氢元素(sù)，发现它(tā)们的旋转速度并(bìng)不(bù)符(fú)合牛顿的力学定律。我们(men)的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力定律进行计(jì)算，太(tài)阳系的运行(xíng)速度应该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际(jì)速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心(xīn)加(jiā)速度的原因很可能就是存(cún)在(zài)着一(yī)种我们(men)看不到的物(wù)质，是(shì)这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚(jù)集(jí)在了一起(qǐ)。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的(de)存在。科学(xué)家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯(wéi)一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的(de)研究(jiū)当中(zhōng)，科(kē)学家们发现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现了(le)一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数(shù)量(liàng)却(què)只有银河系复刻版是正品吗，复刻是不是假货的意思(xì)的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗(àn)物(wù)质，否则就会分崩(bēng)离(lí)析。但是科学家们使(shǐ)用最(zuì)先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了(le)40个小时的详细(xì)测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力(lì)学(xué)定律来解释的。那么又有人(rén)提出(chū)，也许该星系的(de)暗物(wù)质，已经(jīng)被(bèi)附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗(àn)物质的(de)假说(shuō)之外，另(lìng)一种可(kě)能就是人类对引(yǐn)力的(de)理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中的工作(zuò)方式(shì)是(shì)不同的(de)，这(zhè)意味(wèi)着在行(xíng)星系(xì)尺(chǐ)度(dù)中的(de)天体会沿着(zhe)它们(men)的轨道，按照我们所理解(jiě)的(de)方式(shì)运动。但是(shì)上升(shēng)到星系(xì)和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的方式。对(duì)于(yú)在(zài)星系团之间的相互作用，科(kē)学家还(hái)引入了(le)外部场效应的概(gài)念，指的是在(zài)数百万光年的规(guī)模上，巨(jù)大的(de)质(zhì)量之(zhī)间(jiān)会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论(lùn)叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意(yì)味着我们需要对现在的物(wù)理定律(lǜ)进行(xíng)修(xiū)正(zhèng)，这(zhè)些发(fā)现也让很(hěn)多人(rén)认为暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关(guān)于暗物质存在的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论(lùn)所没(méi)法解释(shì)的(de)“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的(de)星系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们大部分的(de)普通质(zhì)量都在星(xīng)系(xì)的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰撞的时(shí)候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星系团大部分(fēn)的(de)质量将位(wèi)于所有这(zhè)些气(qì)体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域。那么(me)我们通过什么来验证它的(de)质量区(qū)域(yù)到(dào)底是不(bù)是集中在中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在照(zhào)片中我们可以明(míng)显(xiǎn)地看到很多星系(xì)似乎被(bèi)拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实(shí)这些星(xīng)系(xì)本身并不是真的被(bèi)扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我(wǒ)们(men)地球上的观测(cè)者之间。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨(jù)大的天体(tǐ)遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量的(de)东西的引力，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星系(xì)的(de)光都发生了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就(jiù)是(shì)引力透镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的天体可(kě)能是(shì)超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星(xīng)系团观测的(de)时(shí)候，发(fā)现它的大质量区域并不是在(zài)中间，而(ér)是在两侧。所以最好的(de)解释方(fāng)法就是(shì)当星团发(fā)生(shēng)全部的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到(dào)的质量气体(tǐ)被卡在了(le)中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今(jīn)为(wèi)止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据(jù)。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表(biǎo)示温度较高的(de)区域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域(yù)，但(dàn)实际上(shàng)它们(men)之(zhī)间(jiān)的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看(kàn)起来(lái)不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变(biàn)得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射(shè)的测量值，我们需(xū)要的暗(àn)物质(zhì)大约是普通物质的(de)5倍(bèi)。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要(yào)的暗物质(zhì)比例是一致的(de)。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很好地(dì)解释了(le)很多不同的观测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在着(zhe)某种类型的粒子，它(tā)们不参与任(rèn)何(hé)其他(tā)的电磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力(lì)来相互作用。所以如果能(néng)够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当于找到了暗(àn)物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底是什么？科学(xué)家们已经(jīng)提出了(le)数十种的(de)假想目标(biāo)，而要寻找这些不(bù)同的目标(biāo)粒子所需要(yào)的实(shí)验方式也不(bù)相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规(guī)物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经(jīng)进行了超过50次的(de)实验(yàn)，却没有任何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除(chú)了一个地方，意大(dà)利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地(dì)球上最(zuì)大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子(zi)的周期性震荡(dàng复刻版是正品吗，复刻是不是假货的意思)。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的数据(jù)收集，人们(men)发(fā)现了(le)一(yī)个有趣的事(shì)情。探测(cè)率(lǜ)会在每(měi)年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最(zuì)低，而且在(zài)20年当(dāng)中每年(nián)都(dōu)是一(yī)样(yàng)。一些科学家(jiā)认为这(zhè)可能是人类发现暗物(wù)质(zhì)的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河(hé)系(xì)进行移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样(yàng)的(de)速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年(nián)的(de)时间，地(dì)球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)与太(tài)阳环绕(rào)银(yín)河系的方向(xiàng)是一致的，而另(lìng)外半年则与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份的(de)时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到(dào)完(wán)全一致(zhì)，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好达到了(le)最慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影(yǐng)响这(zhè)个理论的有效性(xìng)。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解释(shì)，研(yán)究(jiū)人员们所观测到的(de)周期(qī)性信(xìn)号。当然(rán)也可能有其他的情况，造成这种年度周期(qī)信号的差异也(yě)可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连(lián)意(yì)大利游客(kè)的数量也(yě)符合这个周期(qī)的(de)规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们(men)又在南半球建立了(le)一(yī)个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实(shí)验室正好相(xiāng)反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物(wù)质流的运动特征和(hé)第一个实验室是一(yī)样的(de)。

因(yīn)此，如(rú)果在这里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个(gè)实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台(tái)新(xīn)的望远镜，这台(tái)太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关(guān)键的(de)用途就是(shì)探索暗物(wù)质背后的(de)奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭(shì)目以待(dài)了(le)。费米实验(yàn)室粒子(zi)天体物(wù)理中心的(de)科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如(rú)果暗物质存(cún)在，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一(yī)个重要因(yīn)素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这样的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这些(xiē)推论(lùn)的(de)大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉(jué)得暗(àn)物质到底(dǐ)存(cún)不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新的动力！

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