宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是(shì)什么？人(rén)类为了寻找暗物(wù)质存在的证据(jù)，科学家们(men)在过去的几(jǐ)十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发现任何的有效证(zhèng)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)克牛顿发表了(le)万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文(wén)学家们发(fā)现某些(xiē)天体运行(xíng)轨(guǐ)道出现异常，不符(fú)合万有引力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就(jiù)通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且(qiě)发现了(le)海王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是(shì)应用万(wàn)有引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重大(dà)天文成就(jiù)的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我(wǒ)们上(shàng)升到(dào)星系或(huò)者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在(zài)研究和测(cè)量(liàng)后发星(xīng)系团的质量(liàng)。这(zhè)是一个由数千个星系所组成的(de)巨大星系(xì)团，这(zhè)些星系被(bèi)引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到(dào)两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以(yǐ)确(què)定(dìng)其质量的(de)范围。

第(dì)一种是获得其(qí)"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需(xū)要的数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各个星系相对(duì)于星系团(tuán)的运动速(sù)度。当测(cè)量结(jié)果(guǒ)出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了(le)，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的(de)形(xíng)式所存在，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡异的是(shì)，在测量(liàng)速度的过(guò)程中，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中很(hěn)多(duō)星系的速(sù)度比理论上(shàng)要(yào)快(kuài)得多，按照牛顿的(de)运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些可见(jiàn)星系的质(zhì)量(liàng)所产生(shēng)的引力(lì)是无法将它们(men)束缚(fù)在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了(le)，除非(fēi)有一种神(shén)秘的(de)写照的意思 写照是什么词性力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分(fēn)不(bù)可(kě)见的暗质，它不发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部(bù)分的质量。只是当时的人们对这样的一(yī)种说法不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一(yī)次出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系中的(de)恒星(xīng)运动。理论上来(lái)说，距离中(zhōng)心越远的恒(héng)星在其轨道(dào)上的(de)运行速度(dù)就(jiù)会越慢。但是他们观测的(de)结果却让人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持不变。可是根(gēn)据牛顿的(de)万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当中如果没有足(zú)够(gòu)大(dà)的质(zhì)量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法来解释暗(àn)物质(zhì)的(de)存(cún)在(zài)，这种方法就是(shì)测(cè)量星系当中(zhōng)气体在(zài)X轴上距(jù)离星系中心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现异常的结(jié)果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗物(wù)质的(de)力量进入其中。

于是科(kē)学(xué)家(jiā)们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它们(men)的(de)旋转速度并不(bù)符(fú)合(hé)牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引(yǐn)力定律进行计算(suàn)，太(tài)阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银(yín)河(hé)系旋(xuán)转，这(zhè)个(gè)实(shí)际(jì)速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度(dù)的(de)原(yuán)因很(hěn)可(kě)能就是存在着(zhe)一种我们看不到的(de)物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效应将星(xīng)系(xì)聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始，越来越多的(de)研究人(rén)员开始(shǐ)相信暗物质的存(cún)在。科学(xué)家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星(xīng)系当中暗物(wù)质的质量占(zhàn)整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一(yī)可(kě)以解释这个现象的原因。在(zài)一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的(de)遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也(yě)会出(chū)现速度上的(de)微(wēi)小差(chà)异。另外，天文(wén)学家(jiā)还发(fā)现了一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银(yín)河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系(xì)必须存在(zài)暗物质(zhì)，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先(xiān)进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其(qí)进(jìn)行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细测量之后(hòu)，发(fā)现星(xīng)系(xì)中的(de)恒星运(yùn)动是可写照的意思 写照是什么词性(kě)以用正常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该星系的(de)暗物(wù)质，已经被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除(chú)了(le)暗(àn)物(wù)质的假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人类对引力(lì)的理解还不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能(néng)在不同尺度空间中的工作方式是(shì)不同的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的(de)天体会沿着(zhe)它们(men)的(de)轨道，按照我们所理解(jiě)的方(fāng)式运(yùn)动(dòng)。但是上升到星系(xì)和星团的尺度，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(tuán)之间(jiān)的相互作用(yòng)，科学(xué)家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规(guī)模上，巨大的(de)质量之(zhī)间(jiān)会(huì)产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对现(xiàn)在的(de)物理定律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发(fā)现也(yě)让很多人(rén)认为暗物质假说理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但是(shì)在宇宙当中还有(yǒu)关(guān)于暗物质(zhì)存(cún)在的其(qí)他的理论证据，这些(xiē)理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系团所组成，类似(shì)这样(yàng)的星(xīng)团，它们大(dà)部分(fēn)的普通质(zhì)量都在星(xīng)系的气体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用就会(huì)导致(zhì)温度的(de)急剧升高(gāo)，速(sù)度大幅降低。所以在(zài)理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子(zi)弹(dàn)星系团大部分的质量(liàng)将位(wèi)于所有这些气(qì)体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量(liàng)区(qū)域到底(dǐ)是不是集中在(zài)中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们可以明显地(dì)看到很多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸产生(shēng)了(le)巨大的形(xíng)变。其(qí)实这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们(men)地球上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西(xī)的引(yǐn)力(lì)，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的(de)光(guāng)都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体(tǐ)可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗(àn)物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对(duì)子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大(dà)质量区域并不(bù)是在中间，而是(shì)在两侧(cè)。所以最好的解(jiě)释方(fāng)法就是当星团发生全部的(de)碰(pèng)撞时，可(kě)被(bèi)观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了(le)引力透镜。对(duì)子弹星系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中了。经过(guò)了130多(duō)亿(yì)年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表(biǎo)示温度(dù)较高的(de)区域，蓝色(sè)则(zé)表(biǎo)示相对较冷(lěng)的区域，但实际(jì)上它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对(duì)前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连(lián)通(tōng)域提取和(hé)标记之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会(huì)减小，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约(yuē)是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个(gè)数字(zì)与解(jiě)释星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用(yòng)了一个简单(dān)的理论框架，就很好地(dì)解释了很(hěn)多不同(tóng)的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在(zài)着某种类型的粒子(zi)，它们不参与任(rèn)何(hé)其他(tā)的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据(jù)。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已经提出了(le)数十(shí)种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需要(yào)的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到(dào)，几乎(hū)不会与常(cháng)规物(wù)质相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学(xué)家们(men)已经进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何(hé)实(shí)质性的发现，除了一(yī)个地方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处(chù)的(de)地下矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地球上最大的地(dì)学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的(de)探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家(jiā)声(shēng)称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了(le)一个有趣的事情(qíng)。探测率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月降到(dào)最低，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每(měi)年(nián)都是一样。一些科学家认为这可(kě)能是人类(lèi)发现暗(àn)物质的第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但(dàn)是为什么暗物(wù)质会产生周期性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质(zhì)存在宇宙当中，这意味(wèi)着我(wǒ)们也在以这样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗物质流(liú)，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半(bàn)年(nián)的时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系的方向是(shì)一致的，而另(lìng)外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方(fāng)向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快(kuài)的时(shí)段。而(ér)在(zài)11月份，又恰(qià)好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这个理论(lùn)的(de)有效(xiào)性。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释，研究人员(yuán)们(men)所观测到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成(chéng)这种年度(dù)周期信号的(de)差异也(yě)可能是温度、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客的数(shù)量也(yě)符合这个(gè)周期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又在南(nán)半球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节(jié)与之前(qián)的实验(yàn)室正好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过(guò)暗物质(zhì)流(liú)的(de)运动(dòng)特征和(hé)第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里(lǐ)可以得(dé)到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存(cún)在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无(wú)法提(tí)供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的(de)望(wàng)远镜，这台太空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器(qì)提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望远镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探(tàn)测(cè)的结果(guǒ)，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物(wù)质(zhì)存在，它(tā)们(men)极(jí)有可能拥有另(lìng)一种神秘的(de)效应，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者(zhě)说是(shì)生命进化的一个重(zhòng)要因(yīn)素(sù)。

如果这(zhè)一(yī)理论得到进(jìn)一步的证实(shí)，那(nà)么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造(zào)生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是(shì)要先找到(dào)暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据。那(nà)么(me)小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉(jué)得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你的(de)支持是我更新的动(dòng)力！

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