宇宙是“人(rén)为制造(zào)”的？为(wèi)何(hé)会存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们(men)在过(guò)去的几十年当中进行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是(shì)却(què)没有发(fā)现任(rèn)何(hé)的(de)有效证据。除(chú)了一个(gè)地方(fāng)，在1687年出版的(de)自(zì)然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几百年(nián)来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他(tā)们就会知道，周围(wéi)一(yī)定(dìng)有未知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通过天王(wáng)星(xīng)运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星(xīng)的发(fā)现(xiàn)都是应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成(chéng)就的(de)例(lì)子。但是这些发现都(dōu)是(shì)在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们(men)上升到星系或者(zhě)是星团的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基(jī)正在研究和测量后发星系团(tuán)的质量。这是(shì)一(yī)个(gè)由数千个(gè)星系所(suǒ)组成的(de)巨大(dà)星(xīng)系团，这些星(xīng)系被引力束(shù)缚(fù)在一起。测量星系团(tuán)的(de)质量一般会(huì)使用到两种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可以确(què)定其质量的(de)范围(wéi)。

第一(yī)种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需(xū)要的数(shù)据是测量(liàng)各个(gè)星系的(de)光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计(jì)算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的各(gè)个星系(xì)相对于星系团(tuán)的(de)运动速(sù)度。当测(cè)量结(jié)果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座(zuò)星系(xì)团有99%的质量消(xiāo)失了(le)，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可(kě)见光的形式所存在(zài)，我们(men)无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很(hěn)多星(xīng)系(xì)的速度比理(lǐ)论上(shàng)要(yào)快(kuài)得多(duō)，按照牛顿的运(yùn)动学(xué)定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见星系的质(zhì)量所(suǒ)产生的引力是(shì)无法将它们(men)束缚在星系(xì)团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力(lì)量(liàng)在起作用，这(zhè)种力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的(de)暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但(dàn)是它们(men)却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人(rén)们对这样(yàng)的一种说法不(bù)屑一(yī)顾。

直到(dào)40年(nián)之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词才再一(yī)次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系(xì)中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其(qí)轨道上(shàng)的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的(de)结果却让人(rén)感到不可思(sī)议(yì)。

随着与中心(xīn)距(jù)离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几乎保持(chí)不变(biàn)。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对(duì)标准的方(fāng)法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方(fāng)法就(jiù)是测量(liàng)星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现异常(cháng)的结(jié)果，就认为是由暗物(wù)质(zhì)的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通过(guò)射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距(jù)离星(xīng)系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度(dù)并不符合(hé)牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太(tài)阳系的(de)运(yùn)行速(sù)度应该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围(wéi)绕(rào)银河(hé)系(xì)旋转，这(zhè)个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大(dà)于(yú)理论速度，那(nà)么产生以上这种向心加速度的(de)原因很可能就是存在着一种我们(men)看(kàn)不到(dào)的物质，是这(zhè)些暗物(wù)质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研(yán)究人员(yuán)开始相信暗物质的(de)存(cún)在。科学(xué)家(jiā)根据星系(xì)外恒(héng)星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个(gè)现(xiàn)象的(de)原因(yīn)。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效(xiào)应的遥远恒(héng)星之间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了一个反常(cháng)的(de)星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但(dàn)是星系当(dāng)中(zhōng)存(cún)在(zài)的恒星(xīng)数量却(què)只(zhǐ)有银河系(xì)的(de)千(qiān)分(fēn)之(zhī)一。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该星系(xì)必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最(zuì)先进的望远镜对(duì)其进行了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量之后，发(fā)现星北京市有几个区，北京市有几个区,都叫什么系中的恒星运动是(shì)可(kě)以(yǐ)用正常(cháng)的物质(zhì)和力学定律来解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附(fù)近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任(rèn)何星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质(zhì)的假说之外，另一种可(kě)能就是人类对引力的(de)理解还不够全(quán)面，引(yǐn)力很可(kě)能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不(bù)同的(de)方式。对于(yú)在星(xīng)系团之(zhī)间的相互(hù)作用(yòng)，科学(xué)家还引入了(le)外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是在数百万(wàn)光年的(de)规模上(shàng)，巨(jù)大的质量之间会(huì)产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发(fā)现也让很多人认为暗物质(zhì)假说(shuō)理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于暗物质(zhì)存在的(de)其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所组成，类似(shì)这(zhè)样的星(xīng)团(tuán)，它们大部分(fēn)的普通质量都在(zài)星系(xì)的气体(tǐ)当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就会(huì)导致温度的急(jí)剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域(yù)。那么我们通过什么(me)来验证它的质量区域(yù)到底(dǐ)是(shì)不(bù)是集(jí)中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩的(de)高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎被(bèi)拉(lā)伸(shēn)产生了巨大(dà)的形变。其实(shí)这些星系(xì)本(běn)身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远(北京市有几个区，北京市有几个区,都叫什么yuǎn)镜出了什么问题(tí)，而(ér)是这样极遥远的天体(tǐ)和我们(men)地(dì)球上的观测者之间。被(bèi)一个(gè)质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量(liàng)的东西的(de)引(yǐn)力，会使(shǐ)身(shēn)后(hòu)更遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可(kě)能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星(xīng)系团观测的时候，发现它(tā)的大质量区域并(bìng)不是在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所以(yǐ)最好的解(jiě)释方法就是当星团发(fā)生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成了(le)引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力(lì)透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万(wàn)年(nián)之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其(qí)中红色(sè)的(de)部分表示温度(dù)较高的区(qū)域(yù)，蓝色(sè)则(zé)表示相对较冷的(de)区域，但实际上它(tā)们(men)之间的温差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学家们通过(guò)对前(qián)景背景分离后的(de)二(èr)值图像进(jìn)行(xíng)连通域提取和(hé)标记之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当(dāng)中没(méi)有暗物质，图形看起来(lái)不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得(dé)看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗物(wù)质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解(jiě)释(shì)星系当中(zhōng)恒(héng)星运动所需要(yào)的暗物(wù)质比例(lì)是一(yī)致的(de)。这(zhè)就意(yì)味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的(de)本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找到这种粒(lì)子的存在，就相(xiāng)当(dāng)于找到了(le)暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是什么？科(kē)学家(jiā)们已经(jīng)提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过去的(de)几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们(men)已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的(de)发现(xiàn)，除了一个地(dì)方，意大利的(de)格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井(jǐn北京市有几个区，北京市有几个区,都叫什么g)当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的(de)探(tàn)测器(qì)，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多(duō)年的(de)数(shù)据收(shōu)集，人(rén)们发(fā)现了一(yī)个有趣(qù)的(de)事情。探(tàn)测率会在(zài)每(měi)年的(de)6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年(nián)都是一(yī)样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个(gè)直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗物质(zhì)会产生周期(qī)性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕着银河(hé)系进行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存在(zài)宇宙当(dāng)中，这意味(wèi)着(zhe)我(wǒ)们也在以这样的(de)速度(dù)在穿(chuān)越着暗物质流，这(zhè)个(gè)过程(chéng)中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河(hé)系的方向(xiàng)是(shì)一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方(fāng)向正好达(dá)到完全一致，这(zhè)是理论上地(dì)球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实(shí)际的(de)情(qíng)况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影响这个理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释，研究人(rén)员们所观测到的周期(qī)性(xìng)信号。当(dāng)然(rán)也可(kě)能有其他的(de)情(qíng)况(kuàng)，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周期信号的(de)差异(yì)也可能是温度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大(dà)利游客(kè)的数量(liàng)也符合这(zhè)个周期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在(zài)南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而(ér)在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以(yǐ)得到相同的(de)信号，就(jiù)可(kě)以成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证据(jù)了。但(dàn)是由于这个实(shí)验室刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所以截至目前(qián)还(hái)无法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台(tái)新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索暗物(wù)质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们(men)只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费米实(shí)验室粒(lì)子天体物理中心的(de)科学家丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现，如(rú)果暗物质存在，它们极(jí)有(yǒu)可能(néng)拥有(yǒu)另(lìng)一种(zhǒng)神(shén)秘的(de)效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是生命进(jìn)化(huà)的一个(gè)重要因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得到进一步(bù)的(de)证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会不会(huì)意味着人类并(bìng)不孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角落(luò)的行星上，暗物质正在通(tōng)过(guò)这样的(de)效应创造生命(mìng)。当然，这些推(tuī)论的(de)大前提是要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存(cún)在(zài)的实际证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物(wù)质到底存不(bù)存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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