宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在(zài)的(de)证据，科学家们在过去的几(jǐ)十年当中进行(xíng)了超过(guò)50次(cì)的(de)长期实(shí)验，但是却没有发(fā)现任何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学数(shù)学(xué)原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天(tiān)文学家们发现某(mǒu)些天(tiān)体运行(xíng)轨道出(chū)现异(yì)常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定(dìng)有未(wèi)知的天体(tǐ)通过引(yǐn)力(lì)在(zài)摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨道(dào)的异常，推算并且发现了(le)海王星(xīng)的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是(shì)应用万有(yǒu)引力定律所取得重大天文成就的例(lì)子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我(wǒ)们(men)上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后发(fā)星系团的质量。这是一个由数千(qiān)个星系所组成的巨(jù)大星系(xì)团，这些星系被(bèi)引(yǐn)力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使(shǐ)用(yòng)到两(liǎng)种方(fāng)法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一(yī)致(zhì)，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二(èr)种是动力学质量的(de)计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个(gè)星系相对(duì)于星系团的(de)运(yùn)动速度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速(sù)度(dù)的过程中，兹威基(jī)发(fā)现星系团(tuán)中很多星(xīng)系的(de)速度比理(lǐ)论上要快得多(duō)，按(àn)照(zhào)牛顿(dùn)的运(yùn)动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些(xiē)可(kě)见(jiàn)星系的质量所产生的引力(lì)是无法将(jiāng)它们束缚在(zài)星系(xì)团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之(zhī)外(wài)了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的(de)力量在(zài)起作用，这(zhè)种力量来(lái)源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗(àn)质(zhì)，它不发(fā)散光、吸(xī)光(guāng)、反射(shè)光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人(rén)们(men)对这样的一种说法(fǎ)不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才(cái)再一次出现。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来(lái)说(shuō)，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上的(de)运行(xíng)速(sù)度就会越慢。但是他们(men)观测(cè)的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在(zài)星系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足够大的质(zhì)量来吸引它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学家们会(huì)使用一种相对标(biāo)准的(de)方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质(zhì)的(de)存在，这(zhè)种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如(rú)果出现异常的(de)结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量(liàng)了距离(lí)星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银(yín)河系(xì)中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力(lì)定律进行计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理(lǐ)论(lùn)速(sù)度，那么(me)产生以(yǐ)上这种向心加速(sù)度的原因很可能就是存(cún)在着一种(zhǒng)我们看不到的物(wù)质，是这(zhè)些暗物质的(de)引力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也(yě)是从这(zhè)时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相信暗(àn)物(wù)质的存(cún)在。科(kē)学家根(gēn)据星系外(wài)恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物软化和拉直哪个持久，为啥头发软化了一洗就不直了质(zhì)的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一(yī)可以(yǐ)解(jiě)释这个现象(xiàng)的原(yuán)因(yīn)。在(zài)一项新的研究(jiū)当中(zhōng)，科学(xué)家们(men)发(fā)现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会(huì)出现(xiàn)速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还(hái)发现了(le)一(yī)个(gè)反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大(dà)小和银(yín)河系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河系(xì)的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则就会分崩离(lí)析。但是(shì)科学家们(men)使用最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个(gè)小时的详细测量之后，发(fā)现星(xīng)系中的恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)是可以用正常(cháng)的物质和力学定(dìng)律来解(jiě)释的。那么又有人(rén)提(tí)出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近(jìn)的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪(guài)的是(shì)，它的(de)附(fù)近没有任何星系存在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除了(le)暗物(wù)质的(de)假说之外(wài)，另一种可能就是(shì)人类对引力的理(lǐ)解还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的(de)工(gōng)作方(fāng)式(shì)是不同的，这意味(wèi)着在行星(xīng)系尺度(dù)中的天体会(huì)沿着它们的(de)轨道，按照我们所理解的方式运动。但是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)于在星系(xì)团(tuán)之间的相互作用，科学(xué)家还引(yǐn)入了外部场效应的(de)概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生(shēng)对彼此特殊的(de)效果，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理定律(lǜ)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(jiù)此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质(zhì)存(cún)在的(de)其他的理论(lùn)证据，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解(jiě)释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子(zi)弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团(tuán)，它们大部分的(de)普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的(de)相互(hù)作用就会导致(zhì)温度(dù)的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所有这(zhè)些气体所在的中间区域(yù)。那(nà)么我(wǒ)们(men)通过什么(me)来验证它的质(zhì)量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩(cǎi)的(de)高清(qīng)照片，在(zài)照(zhào)片中(zhōng)我们(men)可以明显地看到(dào)很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本(běn)身并不是真的被扭曲(qū)了(le)，也不(bù)是韦伯望远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而是这样(yàng)极遥远的天(tiān)体和(hé)我们地球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西(xī)的(de)引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大(dà)的天体可(kě)能(néng)是(shì)超(chāo)大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对子(zi)弹星系(xì)团(tuán)观测的时(shí)候，发现它的大质(zhì)量区域并不是(shì)在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发(fā)生(shēng)全(quán)部(bù)的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则(zé)直接通过了这(zhè)个区域(yù)，并在(zài)两(liǎng)边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力(lì)透镜研究也被(bèi)认为是(shì)暗物(wù)质存(cún)在(zài)的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了(le)130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下了各相同(tóng)性的微波(bō)辐(fú)射。其(qí)中(zhōng)红(hóng)色的部(bù)分表示温度(dù)较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科(kē)学家们(men)通过(guò)对前景背景(jǐng)分(fēn)离后(hòu)的二值图像进行连通(tōng)域(yù)提取和(hé)标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物质的(de)增加，一些(xiē)峰(fēng)值(zhí)的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的(de)测量(liàng)值，我们需要的(de)暗物质大约是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个(gè)简单的(de)理论框(kuāng)架，就很好地解(jiě)释了很(hěn)多不同的观(guān)测结果。而(ér)暗物(wù)质的本质就(jiù)是宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某种类型(xíng)的粒子，它们(men)不(bù)参与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力来相互作用(yòng)。所以如果能(néng)够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在的(de)实际证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不(bù)同的目标粒子所需要的实(shí)验方(fāng)式也不相同(tóng)。在(zài)过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找这些(xiē)看不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不会(huì)与常规物(wù)质(zhì)相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何(hé)实质性的发(fā)现，除了一个(gè)地方，意大利的格(gé)兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下(xià)1400米(mǐ)处的(de)地(dì)下(xià)矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着(zhe)地球软化和拉直哪个持久，为啥头发软化了一洗就不直了上(shàng)最大的地(dì)学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼(lóu)高(gāo)的探测器(qì)，一(yī)直(zhí)致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)粒子的(de)周期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了(le)某种信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个有(yǒu)趣的(de)事情。探测(cè)率会在(zài)每年的6月(yuè)份达到峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年(nián)当中每年(nián)都(dōu)是一样(yàng)。一(yī)些(xiē)科学(xué)家认为(wèi)这(zhè)可能是人(rén)类发现暗(àn)物(wù)质的第一(yī)个直接证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河(hé)系(xì)进(jìn)行移动(dòng)，那么如(rú)果暗物质存(cún)在(zài)宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在(zài)以这样的速度(dù)在(zài)穿越着(zhe)暗物质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会产(chǎn)生相应的(de)振荡，同(tóng)时地球又(yòu)以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年(nián)的时间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的(de)方向与太阳(yáng)环绕(rào)银河系的方向是一致(zhì)的，而另外(wài)半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的时候(hòu)，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完全一(yī)致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情(qíng)况中，太(tài)阳系相对(duì)银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为这(zhè)可(kě)以用(yòng)来解释，研究(jiū)人员们所观(guān)测到的周期性(xìng)信号。当(dāng)然也可能有其他的(de)情况，造成这种年度周期(qī)信号的(de)差(chà)异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大利(lì)游客的数(shù)量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里的季节与(yǔ)之前(qián)的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物质流的(de)运动特征(zhēng)和第一(yī)个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里可以得(dé)到(dào)相同(tóng)的信号，就可(kě)以成(chéng)为暗物质(zhì)所存在的非(fēi)常有力的(de)证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截(jié)至目(mù)前(qián)还(hái)无法提供相应的(de)数(shù)据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视(shì)野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是(shì)探索(suǒ)暗物(wù)质背后的(de)奥秘，对(duì)于探(tàn)测的(de)结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验(yàn)室粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥(yōng)有(yǒu)另(lìng)一(yī)种神秘的效应，这种暗(àn)物(wù)质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的(de)诞(dàn)生，或者说是(shì)生命进化的一个(gè)重要(yào)因(yīn)素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并(bìng)不(bù)孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过(guò)这样的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这些(xiē)推论(lùn)的(de)大前(qián)提(tí)是(shì)要先找到暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我更新的动力！

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