宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在(zài)过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次的(de)长期实验，但(dàn)是却没(méi)有发现任何(hé)的(de)有效证据(jù)。除了一个地方(fāng)，在1687年(nián)出版(bǎn)的(de)自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛(niú1984年出生今年多大年龄，1984年出生今年多大2022)顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合(hé)万有(yǒu)引力定律的(de)时候，他们就(jiù)会知道(dào)，周围一定(dìng)有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王(wáng)星运行轨(guǐ)道的异常，推算并(bìng)且发现了(le)海王星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所取得(dé)重大天文成就(jiù)的例(lì)子。但是(shì)这些(xiē)发现(xiàn)都是在(zài)恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当中，可(kě)当我们(men)上(shàng)升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究(jiū)和测量后发(fā)星系(xì)团的质量。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般(bān)会使(shǐ)用(yòng)到两种方(fāng)法(fǎ)，当(dāng)两种方法结果(guǒ)一致，就可(kě)以确定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量(liàng)"，需要的数据(jù)是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计(jì)算(suàn)，是利用(yòng)光谱红移(yí)测量星(xīng)系团(tuán)中的各个(gè)星系(xì)相(xiāng)对于星(xīng)系团的运(yùn)动(dòng)速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并(bìng)不(bù)以可(kě)见光(guāng)的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程(chéng)中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系(xì)团中很(hěn)多星系(xì)的速(sù)度比理论上(shàng)要快得多(duō)，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的引力是无(wú)法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了(le)，除非有(yǒu)一种神秘的力(lì)量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却(què)占据着宇宙中绝大(dà)部分的质(zhì)量。只是(shì)当(dāng)时的(de)人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次(cì)出现。天(tiān)文(wén)学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上(shàng)的运行(xíng)速度就会越慢(màn)。但是他们观测的结(jié)果却让人(rén)感到不可(kě)思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根(gēn)据牛(niú)顿的(de)万有(yǒu)引力定律，在(zài)星系(xì)当中如(rú)果没有(yǒu)足(zú)够大(dà)的(de)质量来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当中了。基(jī)于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科(kē)学(xué)家们会(huì)使用一种(zhǒng)相对标准的(de)方(fāng)法来(lái)解释(shì)暗物质的存(cún)在，这种方法就是(shì)测量星系当中气(qì)体在(zài)X轴上距离星(xīng)系(xì)中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速度。如(rú)果出(chū)现异常的(de)结果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗物质(zhì)的力(lì)量(liàng)进入(rù)其中。

于是科学家们通过(guò)射(shè)电望远镜(jìng)测量了(le)距离星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系(xì)的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万有引力(lì)定律进行计算，太阳系(xì)的运(yùn)行速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远(yuǎn)大(dà)于理(lǐ)论速(sù)度，那么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加速度(dù)的(de)原因很可(kě)能(néng)就是存在着一种我们看不(bù)到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越来越(yuè)多的研究人(rén)员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学(xué)家(jiā)根据星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(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并不是(shì)唯一(yī)可以解(jiě)释这个现象的原(yuán)因。在(zài)一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有引力(lì)效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的(de)微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了(le)一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系(xì)不多(duō)，但(dàn)是星系(xì)当(dāng)中存在的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则(zé)就会分崩(bēng)离析。但是科(kē)学家们(men)使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量(liàng)之后(hòu)，发现星系中的(de)恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质(zhì)和力学定律来解(jiě)释(shì)的(de)。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗(àn)物质(zhì)，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任何星系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能就(jiù)是人(rén)类对引力的理(lǐ)解还不(bù)够全(quán)面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作(zuò)方式(shì)是不同的(de)，这(zhè)意味着在行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对(duì)于(yú)在星(xīng)系(xì)团之间的相互作(zuò)用，科学(xué)家还引入(rù)了外(wài)部(bù)场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质(zhì)量(liàng)之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对(duì)现在的物理定律(lǜ)进行(xíng)修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质(zhì)假说理论就(jiù)此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没(méi)法解释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们大(dà)部分的普通质量都在星(xīng)系的气体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就(jiù)会(huì)导致温度的(de)急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降低。所以在(zài)理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量(liàng)区域到底是(shì)不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在(zài)照片中(zhōng)我们可以明(míng)显地(dì)看到很(hěn)多星系似乎被拉(lā)伸产生了(le)巨大的形变。其实这(zhè)些星系本(běn)身并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的(de)天体和我们(men)地球上的(de)观测者之间。被一个质量超级(jí)巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个(gè)现象就是引(yǐn)力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨(jù)大的(de)天体(tǐ)可能是超大(dà)质(zhì)量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观(guān)测的时候，发现它的(de)大(dà)质(zhì)量区(qū)域并不是在(zài)中(zhōng)间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被(bèi)卡在(zài)了(le)中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力透(tòu)镜(jìng)。对(duì)子(zi)弹星系团的引力(lì)透镜研究也被认为(wèi)是暗物质(zhì)存在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空(kōng)间(jiān)背景(jǐng)上留下了各相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其中红色的部分(fēn)表示温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差(chà)只(zhǐ)有万分(fēn)之一(yī)。

科(kē)学(xué)家们通过(guò)对前景背景分离后的二(èr)值图像进行连通域提取(qǔ1984年出生今年多大年龄，1984年出生今年多大2022)和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是这样的(de)，而随着暗(àn)物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景辐射(shè)的测量(liàng)值，我(wǒ)们需要(yào)的暗(àn)物质(zhì)大约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字(zì)与解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗(àn)物(wù)质比例是一致的。这就(jiù)意(yì)味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理论(lùn)框架，就很好地解释了(le)很(hěn)多不同的观测结果。而(ér)暗物(wù)质的本质就是宇宙当(dāng)中存(cún)在着某种类型(xíng)的粒子(zi)，它(tā)们不(bù)参与任(rèn)何其(qí)他的电磁作(zuò)用(yòng)，只(zhǐ)通过引力(lì)来(lái)相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗(àn)物质存在的实际(jì)证据(jù)。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同。在(zài)过(guò)去的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的(de)“暗物(wù)质(zhì)”，科(kē)学家们已经进行了超过(guò)50次的实验(yàn)，却(què)没有任(rèn)何实质性的发(fā)现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三(sān)层(céng)楼高的(de)探测(cè)器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观(guān)测到了某种信号。经过(guò)了(le)20多年的数据收集，人(rén)们(men)发现了一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一(yī)些科学家认为这可能是(shì)人类发现暗物质的第一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什么暗物(wù)质会(huì)产生周(zhōu)期性的年度信(xìn)号(hào)呢？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗(àn)物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年的(de)时间，地(dì)球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方向是(shì)一致的(de)，而另外半(bàn)年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际(jì)的情况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对银(yín)河系(xì)的平(píng)面呈现了60度的(de)倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影响这个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为这(zhè)可(kě)以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人员(yuán)们所观测到(dào)的(de)周期性信号。当然也(yě)可能有其(qí)他的情况，造成这种年度(dù)周期信号(hào)的(de)差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利游客的数量也(yě)符合(hé)这个周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学(xué)家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同的实验室(shì)，这(zhè)里的(de)季节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的(de)运动特征和第一个实验(yàn)室(shì)是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得到相同的(de)信(xìn)号(hào)，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力(lì)的(de)证(zhèng)据(jù)了。但是由(yóu)于这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器提(tí)供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探索暗(àn)物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测(cè)的(de)结(jié)果(guǒ)，我(wǒ)们(men)只能拭目以(yǐ)待了(le)。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗(àn)物质存(cún)在(zài)，它(tā)们(men)极(jí)有可(kě)能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的(de)一个(gè)重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角落的行(xíng)星上(shàng)，暗(àn)物(wù)质正在通过这(zhè)样(yàng)的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物(wù)质存(cún)在的实(shí)际(jì)证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存(cún)不存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持(chí)是我更新的动力(lì)！

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