宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无(wú)法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟是什(shén)么？人(rén)类为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家们在过(guò)去的几十(shí)年当中进(jìn)行了(le)超(chāo)过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除了一个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表了万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发(fā)现某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合(hé)万有引力定(dìng)律的时候，他(tā)们就会知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过引力在(zài)摄动它的(de)轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王(wáng)星运行轨(guǐ)道(dào)的异常(cháng)，推算并且发现了海(hǎi)王星的(de)存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万(wàn)有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都是(shì)在恒星系(xì)统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当(dāng)我们上升到(dào)星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在(zài)研究(jiū)和测(cè)量后(hòu)发星系团(tuán)的质(zhì)量。这是一个由数千(qiān)个星系所组成的巨大(dà)星系团，这(zhè)些星系被引力(lì)束缚在一起。测量(liàng)星系团的质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结(jié)果一致，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的(de)范围(wéi)。

第一种是(shì)获得其"光度(dù)学的质量(liàng)"，需(xū)要的数据是测量(liàng)各个星系(xì)的光(guāng)度。

第二种是动力(lì)学质量的(de)计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团(tuán)中的(de)各个(gè)星(xīng)系相对于星系团(tuán)的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座星系(xì)团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见(jiàn)光的(de)形式所存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过(guò)程中，兹威基发现星(xīng)系团中很(hěn)多星系(xì)的速度(dù)比理论上要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿的运动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们(men)束(shù)缚(fù)在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了(le)，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们(men)却(què)占据着(zhe)宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大(dà)部(bù)分的(de)质量。只是当时的人们(men)对这样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观(guān)测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的(de)恒(héng)星在(zài)其轨道上(shàng)的运行速度就(jiù)会越慢。但是(shì)他们观测的结果(guǒ)却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒(héng)星的旋转速(sù)度(dù)几(jǐ)乎保(bǎo)持(chí)不变。可(kě)是根据牛(niú)顿的万(wàn)有引力定律(lǜ)，在(zài)星系(xì)当(dāng)中如果没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这些外(wài)围(wéi)的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科学家们(men)会使(shǐ)用(yòng)一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方(fāng)法来解释暗(àn)物质的存在(zài)，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质(zhì)的力量进入其(qí)中。

于(yú)是科学(xué)家们通(tōng)过射电望远镜(jìng)测量了距离星(xīng)系中心更远距(jù)离的氢(qīng)元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河(hé)系(xì)的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应(yīng)该是160千米/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕银河(hé)系旋(xuán)转，这个实(shí)际速(sù)度远远(yuǎn)大于理论速(sù)度(dù)，那(nà)么产生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度(dù)的原(yuán)因(yīn)很可能就是存在着一(yī)种我(wǒ)们看不到的(de)物质(zhì)，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来(lái)越多(duō)的研究人员开始相信(xìn)暗物质(zhì)的存(cún)在。科学(xué)家根(gēn)据星系外(wài)恒星轨道的(de)速度(dù)，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并(bìng)不(bù)是唯一可以解释这(zhè)个德国柏林气候相当于中国哪 德国冬天冷还是北京冷现象的(de)原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎(hū)没有引力(lì)效应(yīng)的(de)遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间德国柏林气候相当于中国哪 德国冬天冷还是北京冷(jiān)，也(yě)会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的(de)恒星数量却只有银河(hé)系的(de)千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必(bì)须存(cún)在(zài)暗物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家们(men)使用最先进的望(wàng)远镜对其(qí)进(jìn)行了40个(gè)小时的(de)详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附(fù)近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的(de)是，它的附近(jìn)没有任何星(xīng)系存在(zài)。造(zào)成这(zhè)些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物(wù)质的(de)假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作(zuò)方式是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的(de)方式运动。但(dàn)是上升(shēng)到(dào)星系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引力之间的(de)相(xiāng)互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系(xì)团之间的相互作(zuò)用(yòng)，科学家还(hái)引(yǐn)入了外部场效应(yīng)的概念，指的是(shì)在(zài)数百万光年的规模上，巨(jù)大(dà)的质量之间会产生对(duì)彼此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要(yào)对现在的物(wù)理定律(lǜ)进行(xíng)修(xiū)正，这(zhè)些(xiē)发(fā)现也(yě)让(ràng)很多(duō)人认(rèn)为(wèi)暗(àn)物(wù)质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论所没法解(jiě)释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞的(de)星系(xì)团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们(men)大部(bù)分的普通质量都在星(xīng)系(xì)的气体当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气(qì)体的相互作用就会导致温度的(de)急(jí)剧(jù)升(shēng)高(gāo)，速度(dù)大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分的(de)质(zhì)量将位于(yú)所(suǒ)有这些(xiē)气体(tǐ)所在的(de)中(zhōng)间(jiān)区(qū)域。那(nà)么(me)我们通(tōng)过什么来验(yàn)证它的(de)质量区(qū)域到底是(shì)不(bù)是集中在(zài)中间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照片中我(wǒ)们(men)可(kě)以明(míng)显地看到很(hěn)多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨(jù)大的(de)形变(biàn)。其(qí)实这些星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的(de)天体和(hé)我们地球(qiú)上的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的(de)东(dōng)西的引(yǐn)力，会(huì)使(shǐ)身(shēn)后(hòu)更(gèng)遥远星(xīng)系的(de)光都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能(néng)是超大质量的(de)黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候(hòu)，发现它(tā)的(de)大质(zhì)量区域(yù)并不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最(zuì)好的解释方(fāng)法就是当(dāng)星(xīng)团发(fā)生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被(bèi)卡在了(le)中(zhōng)间(jiān)，暗物质则(zé)直接通过了(le)这(zhè)个区(qū)域，并(bìng)在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为(wèi)止最好的理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中了(le)。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下(xià)了(le)各相同(tóng)性的微波(bō)辐射。其中红(hóng)色的部分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离(lí)后的二值图(tú)像进行连(lián)通域提取和标记之(zhī)后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我们(men)需要(yào)的暗物(wù)质大约是普通物质的(de)5倍。这个(gè)数字与解释星(xīng)系当中(zhōng)恒星运动所需要的(de)暗物(wù)质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了(le)一个简单的(de)理论框(kuāng)架(jià)，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类(lèi)型的(de)粒子，它们不参(cān)与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已经提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找这些不同的(de)目(mù)标粒子所(suǒ)需要的实验方式也(yě)不相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十(shí)年(nián)当(dāng)中，人类为了(le)寻找这(zhè)些看(kàn)不(bù)见、摸(mō)不(bù)到，几乎不会(huì)与常规物质相互(hù)作用的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已经(jīng)进(jìn)行(xíng)了(le)超过50次(cì)的(de)实验，却没(méi)有任(rèn)何(hé)实(shí)质性的发现，除(chú)了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的(de)地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层楼高的(de)探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学(xué)家声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据(jù)收集(jí)，人(rén)们发(fā)现了(le)一个(gè)有趣的事情。探测率会在(zài)每(měi)年的6月份(fèn)达到峰值，然(rán)后在11月降到(dào)最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类发(fā)现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物(wù)质会产生周期性的(de)年度(dù)信号呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系(xì)进行(xíng)移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这意味着(zhe)我(wǒ)们也在(zài)以这样的速度(dù)在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地球与太阳的(de)方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地(dì)球穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰(qià)好达到(dào)了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性(xìng)。

因此科学(xué)家认为这可(kě)以用来解释(shì)，研究人员们所观测到的(de)周期性信号。当(dāng)然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种(zhǒng)年(nián)度周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数(shù)量也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半(bàn)球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同(tóng)的(de)实验室，这里的季节与之前(qián)的(de)实验室正好相(xiāng)反，而(ér)在(zài)这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一个实(shí)验室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里可以得(dé)到(dào)相同的信号，就(jiù)可以成(chéng)为(wèi)暗物质所存在的非常有力(lì)的证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无法提供相应的(de)数据支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜(jìng)叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的(de)主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相(xiāng)同(tóng)，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希(xī)格(gé)雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的(de)奥(ào)秘，对于(yú)探测的(de)结果，我们只能拭(shì)目(mù)以待了(le)。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体物理中心(xīn)的(de)科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它(tā)们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者(zhě)说是生命进化的一(yī)个(gè)重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会(huì)不(bù)会意味着(zhe)人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造生(shēng)命(mìng)。当然(rán)，这些推论的大前(qián)提是要先找到(dào)暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的(de)支(zhī)持是我(wǒ)更新的动力！

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