宇宙是“人(rén)为制造(zào)”的？为(wèi)何(hé)会(huì)存(cún)在科学无(wú)法解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质(zhì)又究(jiū)竟是什么(me)？人类为了(le)寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过(guò)去的几十年当中进(jìn)行了(le)超(chāo)过50次的长期实验，但是却没(méi)有(yǒu)发现(xiàn)任何的有(yǒu)效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力(lì)定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动的规(guī)律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们(men)发现某(mǒu)些天体运行(xíng)轨道(dào)出(chū)现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他(tā)们就会(huì)知(zhī)道(dào)，周围一定有未(wèi)知(zhī)的天体通过引力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王星(xīng)运行(xíng)轨道(dào)的异常，推算(suàn)并且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力(lì)定(dìng)律所取得(dé)重大(dà)天文成就的例(lì)子。但是这些发现(xiàn)都是(shì)在恒星系统的(de)尺(chǐ)度当中，可当我们(men)上升(shēng)到星(xīng)系或者是星团(tuán)的尺度(dù)，事情就(jiù)开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量后(hòu)发星(xīng)系(xì)团(tuán)的质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个(gè)星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就可(kě)以确定其质(zhì)量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要的数据(jù)是测量各个星(xīng)系的(de)光度。

第(dì)二(èr)种是动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系(xì)团中的各个星系相(xiāng)对于星系团(tuán)的运动(dòng)速(sù)度。当测量(liàng)结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光(guāng)的形式(shì)所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发(fā)现(xiàn)星(xīng)系团中很多星系的(de)速度(dù)比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生的(de)引(yǐn)力是(shì)无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应(yīng)该被抛(pāo)出星系(xì)团之(zhī)外了(le)，除非有一(yī)种神秘(mì)的力量(liàng)在起作(zuò)用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可(kě)见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分(fēn)的质(zhì)量。只是当(dāng)时的人们对这样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天文(wén)学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙(xiān)女座星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是(shì)他(tā)们观测的(de)结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中如(rú)果(guǒ)没有足够大的质(zhì)量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于(yú)这种现象(xiàng)，科学家们会(huì)使用一(yī)种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解(jiě)释(shì)暗(àn)物(wù)质的(de)存在，这种方法就是(shì)测量(liàng)星系当中(zhōng)气(qì)体在X轴上距(jù)离星系中心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是(shì)由(yóu)暗物质(zhì)的力量进(jìn)入其中。

于是科学(xué)家们通(tōng)过射电望(wàng)远镜(jìng)测量了距离(lí)星系(xì)中心更(gèng)远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的(de)力学(xué)定律。我们的(de)太阳系也不(bù)例外，太阳(yáng)系(xì)位(wèi)于银河(hé)系的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距(jù)离银河(hé)系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计(jì)算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际(jì)上(shàng)，太阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在着一种我们看不到(dào)的(de)物质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星(xīng)系(xì)聚集在了(le)一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量占整个(gè)星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解(jiě)释这(zhè)个现象的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究当中(zhōng)，科(kē)学(xué)家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了(le)一个(gè)反(fǎn)常(cháng)的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数(shù)量却只有银河系(xì)的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离(lí)析。但是(shì)科学(xué)家(jiā)们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个(gè)小时的详细(xì)测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系中的(de)恒(héng)星(xīng)运(yùn)动(dòng)是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律(lǜ)来解(jiě)释的。那么(me)又有(yǒu)人(rén)提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另一(yī)个(gè)大星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它的(de)附近没有任(rèn)何(hé)星系存在。造成(chéng)这些现象的除了(le)暗(àn)物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能(néng)就是人类(lèi)对引(yǐn)力的理解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度(dù)空(kōng)间中(zhōng)的工(gōng)作方式(shì)是不(bù)同的，这意味着在(zài)行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们(men)所理(lǐ)解的(de)方式运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间(jiān)的(de)相互作用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团之间的(de)相互作用(yòng)，科学家还(hái)引入(rù)了外(wài)部场效应的概(gài)念，指的是在(zài)数百万光年(nián)的规模上，巨大(dà)的(de)质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这(zhè)意味着我们需(xū)要对现在的物(wù)理(lǐ)定律进行修正，这(zhè)些发现也让(ràng)很多(duō)人认为暗物(wù)质(zhì)假说理论就此终结(jié)。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其(qí)他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系(xì)团大部(bù)分的质(zhì)量将(jiāng)位(wèi)于(yú)所有这些气体所在的中间(jiān)区(qū)域。那(nà)么(me)我(wǒ)们通过什(shén)么来验(yàn)证它的质量(liàng)区域(yù)到底是不(bù)是(shì)集中在中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了(le)宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照(zhào)片中我们可以明(míng)显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并不(bù)是15mm等于多少厘米 15mm等于多少微米真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨(jù)大(dà)的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会(huì)使身后更(gèng)遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大(dà)质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测(cè)的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量区域并不(bù)是在中间，而是(shì)在(zài)两侧。所(suǒ)以最好的解释方法(fǎ)就(jiù)是当(dāng)星团发生全(quán)部(bù)的(de)碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了(le)中间，暗(àn)物质(zhì)则直接通过了这(zhè)个区域，并在(zài)两边形成了(le)引力透镜。对子弹星(xīng)系团的(de)引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的(de)迄(qì)今为(wèi)止最好的理论(lùn)证(z15mm等于多少厘米 15mm等于多少微米hèng)据(jù)。

除(chú)此之外，还有来自(zì)宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年(nián)之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性的(de)微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度(dù)较(jiào)高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差(chà)只有万(wàn)分之一。

科学(xué)家(jiā)们通过对前景背(bèi)景分离(lí)后的(de)二值图像进(jìn)行连通域提取和(hé)标(biāo)记之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗(àn)物质(zhì)，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些峰值的(de)幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个数字与(yǔ)解释星(xīng)系(xì)当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的(de)理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多(duō)不(bù)同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着(zhe)某(mǒu)种类型的(de)粒(lì)子，它们不参(cān)与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子(zi)的存在，就相当于找到了暗物(wù)质存在的(de)实际证据(jù)。这种粒(lì)子(zi)到底是什(shén)么(me)？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的(de)假想目标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同(tóng)。在(zài)过去的几十年当中，人(rén)类为了(le)寻找这些看(kàn)不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的发(fā)现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地球(qiú)上最(zuì)大的地学(xué)实验室(shì)，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三(sān)层(céng)楼高的探测器，一直致(zhì)力(lì)于寻找暗物(wù)质粒(lì)子的(de)周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学(xué)家声(shēng)称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人(rén)们(men)发现了一个有趣的事(shì)情。探测(cè)率会在每年的6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降到(dào)最(zuì)低，而且在20年当中每(měi)年都是一(yī)样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕着银(yín)河系进(jìn)行(xíng)移(yí)动(dòng)，那么(me)如果(guǒ)暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味(wèi)着(zhe)我们也(yě)在以这样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗(àn)物质(zhì)流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时(shí)地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银河(hé)系的(de)方向是一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月(yuè)份的(de)时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越(yuè)暗(àn)物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太(tài)阳(yáng)系(xì)相对银河系的平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造(zào)成这(zhè)种(zhǒng)年度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连(lián)意(yì)大(dà)利游客的(de)数量(liàng)也符合(hé)这个周(zhōu)期的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立(lì)了一个(gè)几(jǐ)乎相同的实验室，这里的(de)季节与(yǔ)之前的实(shí)验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过(guò)暗物(wù)质(zhì)流的运动特征和(hé)第(dì)一(yī)个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里可以得到相同(tóng)的(de)信号，就可以成为暗物(wù)质所存(cún)在的非(fēi)常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太(tài)空望远镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键的(de)用(yòng)途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能(néng)拭目(mù)以待(dài)了。费(fèi)米实验室粒子天(tiān)体物(wù)理中心的科(kē)学(xué)家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在(zài)，它们(men)极有可(kě)能拥有(yǒu)另一种神秘(mì)的效应(yīng)，这种暗(àn)物质效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如(rú)果(guǒ)这一理论得到进(jìn)一步的(de)证实(shí)，那(nà)么(me)遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的(de)暗物质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某(mǒu)个角落(luò)的(de)行星上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过(guò)这(zhè)样的效应创造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论(lùn)的大前(qián)提(tí)是要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物(wù)质(zhì)到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持(chí)是我更新的(de)动力！

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