宇宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为(wèi)何(hé)会(huì)存在(zài)科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据(jù)，科学家们在(zài)过去的几十年当中(zhōng)进行了(le)超(chāo)过50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没(méi)有发现任何(hé)的有效证据(jù)。除了(le)一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭示(shì)了(le)宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后(hòu)的几百(bǎi)年来(lái)，当(dāng)天文学家们发(fā)现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一(yī)定有(yǒu)未知的天(tiān)体通过(guò)引(yǐn)力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运(yùn)行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星的(de)存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒(héng)星系统的尺度(dù)当中，可当(dāng)我们上升(shēng)到(dào)星系或者是星(xīng)团的尺度，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(zī)威基正在研究和测量(liàng)后发(fā)星系团的质(zhì)量。这(zhè)是一个由数千(qiān)个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系(xì)团的质(zhì)量一(yī)般会使用到两(liǎng)种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就(jiù)可以确定其(qí)质量的范围(wéi)。

第一(yī)种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力(lì)学(xué)质(zhì)量的计算(suàn)，是利用光谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中的各(gè)个星(xīng)系相对于(yú)星系团(tuán)的运动(dòng)速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系(xì)团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存在(zài)，我(wǒ)们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系团中很(hěn)多星系的速度比理论上要(yào)快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产生的引力(lì)是无法将它们束(shù)缚在星系(xì)团内的，它们(men)早就应该被抛出星(xīng)系团(tuán)之外了，除非有一(yī)种神秘(mì)的力量在(zài)起作用(yòng)，这(zhè)种力量(liàng)来源于某种隐形的(de)物质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样(yàng)部分不(bù)可见的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光(guāng)、反射光，但是(shì)它(tā)们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝(jué)大(dà)部分的质量。只是当时的人们对这样的(de)一(yī)种说法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会越(yuè)慢。但是(shì)他们观测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持不(bù)变。可是(shì)根(gēn)据(jù)牛顿(dùn)的万有引力定律，在星(xīng)系当中如(rú)果没(méi)有(yǒu)足够大的质量来(lái)吸引它们，这(zhè)些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们会(huì)使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中(zhōng)心的(de)距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就认(rèn)为是(shì)由暗物(wù)质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射(shè)电望(wàng)远镜测(cè)量了(le)距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合(hé)牛(niú)顿(dùn)的(de)力(lì)学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系(xì)位于银河(hé)系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有引(yǐn)力定律(lǜ)进行计算，太阳(yáng)系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际速(sù)度远远大于理论速度，那(nà)么(me)产(chǎn)生以(yǐ)上这种向心加速(sù)度的原因很可能(néng)就(jiù)是存(cún)在着一种我们看不到的物质，是(shì)这(zhè)些暗物质(zhì)的引力(lì)效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多(duō)的(de)研(yán)究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星(xīng)系(xì)当中暗物(wù)质(zhì)的质(zhì)量占整(zhěng)个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个(gè)现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科(kē)学家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文(wén)学家还发现了一(yī)个反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银(yín)河(hé)系不(bù)多，但(dàn)是星(xīng)系(xì)当(dāng)中存(cún)在(zài)的恒星数(shù)量(liàng)却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须存在(zài)暗(àn)物质，否则就(jiù)会(huì)分崩离析。但(dàn)是科学家们(men)使(shǐ)用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个(gè)小时的(de)详(xiáng)细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常的物质和(hé)力学(xué)定(dìng)律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离(lí)了。奇(qí)怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系(xì)存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的(de)假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可能(néng)就是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能(néng)在不(bù)同尺(chǐ)度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨(guǐ)道(dào)，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间(jiān)的相互作(zuò)用则是(shì)不同的方式。对(duì)于在星系团之间的相互作用，科(kē)学家还引入了(le)外部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此(cǐ)特殊的(de)效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们需要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质(zhì)存在(zài)的其他的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离(lí)为(wèi)37亿(yì)光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的(de)星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们(men)大部(bù)分(fēn)的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的(de)时候(hòu)，星际(jì)气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就(jiù)会导致温度的(de)急(jí)剧(jù)升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质(zhì)量将位(wèi)于所有这些气(qì)体所(suǒ)在(zài)的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通过什(shén)么来验(yàn)证它的质(zhì)量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全(quán)彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地(dì)看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些(xiē)星系本身并不(bù)是真的被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什么(me)问(wèn)题，而是(shì)这样极遥远的(de)天(tiān)体和我们(men)地球上的观测者(zhě)之间(jiān)。被(bèi)一(yī)个(gè)质量超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的东西(xī)的引力，会(huì)使身后(hòu)更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生了(le)扭曲(qū)。这(zhè)个现象(xiàng)就是引力(lì)透(tòu)镜效应。这个(gè)巨(jù)大的(de)天(tiān)体可能是(shì)超大质量(liàng)的(de)黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时候，发(fā)现它(tā)的大(dà)质量(liàng)区(qū)域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通(tōng)过了这个区(qū)域(yù)，并在两边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星系团的(de)引(yǐn)力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的(de)理论证据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背(bèi)景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上(shàng)它们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对前(qián)景背景分离(lí)后的(de)二(èr)值图(tú)像(xiàng)进(jìn)行连通域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样的(de)，而随(suí)着(zhe)暗物质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的(de)幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运动(dòng)所需(xū)要的(de)暗氯化钾相对原子质量是多少，物质(zhì)比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了(le)很多不同的观测(cè)结果。而暗物质的(de)本质就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不(bù)参与任(rèn)何其他的(de)电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相当于(yú)找到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子到(dào)底是什么？科学家们已经提(tí)出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不(bù)相同。在过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这些看不(bù)见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会与常规物(wù)质(zhì)相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经(jīng)进行了超过(guò)50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了一个(gè)地(dì)方，意(yì)大利的(de)格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处的地(dì)下(xià)矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的地学实(shí)验室，这(zhè)个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层(céng)楼高(gāo)的探(tàn)测器(qì)，一(yī)直致(zhì)力于寻(xún)找暗(àn)物质氯化钾相对原子质量是多少，粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科(kē)学家声(shēng)称观(guān)测到(dào)了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年(nián)当中每年(nián)都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发(fā)现(xiàn)暗(àn)物(wù)质(zhì)的第一个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是(shì)为什么(me)暗(àn)物质会产生周期性的(de)年(nián)度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着我们也在以这(zhè)样(yàng)的速度在穿(chuān)越着(zhe)暗物质(zhì)流，这个过(guò)程中会(huì)产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银(yín)河系的方向是一致的(de)，而(ér)另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到了(le)最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系(xì)的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影响这个理论的(de)有效性。

因此科学家认为这(zhè)可(kě)以用来(lái)解释，研究(jiū)人员们所观测到的周(zhōu)期(qī)性(xìng)信号。当(dāng)然也(yě)可能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合这个周(zhōu)期的(de)规律。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们(men)又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室(shì)，这里的(de)季节与之前的实验(yàn)室(shì)正好相反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和(hé)第(dì)一个实验室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到相同的(de)信号(hào)，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质所(suǒ)存在的非常有力(lì)的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还无(wú)法提供相应(yīng)的数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提(tí)供的视(shì)野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个(gè)关键的(de)用途(tú)就是(shì)探索(suǒ)暗(àn)物质(zhì)背后的(de)奥秘(mì)，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体物理中心的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极(jí)有(yǒu)可(kě)能(néng)拥有另一种神秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者(zhě)说(shuō)是生命进(jìn)化(huà)的一个重(zhòng)要(yào)因素(sù)。

如果这一理论得(dé)到(dào)进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会(huì)不会意味着(zhe)人(rén)类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角落的(de)行(xíng)星上(shàng)，暗物质正在(zài)通过这样的(de)效应(yīng)创(chuàng)造(zào)生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找到(dào)暗物(wù)质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质(zhì)到底存不(bù)存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持(chí)是我更新的动力！

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