宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科(kē)学家们在(zài)过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发(fā)现任何(hé)的有效证(zhèng)据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学(xué)数学(xué)原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天体运动的(de)规(guī)律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道出(chū)现异常(cháng)，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他(tā)们(men)就会知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未(wèi)知的天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运(yùn)行轨道的异常(cháng)，推算并且(qiě)发现了(le)海王(wáng)星的(de)存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律所(suǒ)取(qǔ)得重大天文成(chéng)就的例(lì)子。但是这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当我们上(shàng)升(shēng)到(dào)星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学(xué)家弗里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究(jiū)和测量后发(fā)星系团(tuán)的质量。这是(shì)一个(gè)由(yóu)数千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星系团的(de)质量(liàng)一般会使(shǐ)用(yòng)到两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结(jié)果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第(dì)一种是获得(dé)其(qí)"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的(de)光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团中(zhōng)的各个(gè)星系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测(cè)量结(jié)果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的(de)质量消失了，或者说这(zhè)99%的(de)质量并(bìng)不以可见光的(de)形式所存(cún)在(zài)，我们无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基发(fā)现星系团(tuán)中(zhōng)很多星系(xì)的(de)速度(dù)比理论上要快得多(duō)，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生的(de)引力是无法将(jiāng)它们束缚在(zài)星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了(le)，除非(fēi)有一(yī)种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但(dàn)是它(tā)们(men)却占据着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分的(de)质量。只(zhǐ)是当时的人们对这(zhè)样的一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在(zài)观(guān)测仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星(xīng)运动。理论上来说，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他们(men)观测(cè)的结果却让(ràng)人感(gǎn)到(dào)不可(kě)思议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中如(rú)果没有足够大的质量来吸(xī)引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使用一种相对标准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是(shì)测量(liàng)星系当中气体在X轴上距(jù)离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如(rú)果(guǒ)出现异常的结(jié)果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科学(xué)家们通过射(shè)电望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)测(cè)量了距离星(xīng)系中心(xīn)更远距离(lí)的氢元素，发现它们(men)的(de)旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系(xì)也(yě)不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬(xuán)臂之(zhī)上(shàng)，距离银(yín)河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万(wàn)有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速(sù)度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个实(shí)际速度远(yuǎn)远大(dà)于理论速度，那(nà)么产生(shēng)以上这种向心加速度(dù)的原(yuán)因很可能就是存在(zài)着一种(zhǒng)我们看不(bù)到的(de)物(wù)质，是这(zhè)些(xiē)暗物(wù)质的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的(de)研究(jiū)人(rén)员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒(héng)星(xīng)轨道的(de)速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的(de)原因。在一项新的研(yán)究当(dāng)中(zhōng)，科(kē)学家们(men)发现，几乎没有引(yǐn)力效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的微小差异。另(lìng)外，天文(wén)学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和(hé)银河系不多，但(dàn)是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河系(xì)的(de)千分之(zhī)一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小时(shí)的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用正常的物质和力学(xué)定(dìng)律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经杀害一只斑鸠是什么罪，打死一只斑鸠会定什么罪被附近(jìn)的(de)另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任(rèn)何星系存在。造成这(zhè)些(xiē)现象的除(chú)了(le)暗物(wù)质的(de)假说之(zhī)外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是(shì)人类对(duì)引力(lì)的理(lǐ)解还(hái)不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能(néng)在不(bù)同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星系(xì)尺度(dù)中(zhōng)的天体(tǐ)会(huì)沿着它们的轨道，按照(zhào)我们(men)所理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但是上升(shēng)到星系和星团(tuán)的(de)尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不(bù)同的方(fāng)式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应(yīng)的概念，指的是在数百万光年(nián)的(de)规模上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间(jiān)会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我(wǒ)们需要(yào)对(duì)现在的物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也(yě)让很(hěn)多人认(rèn杀害一只斑鸠是什么罪，打死一只斑鸠会定什么罪)为(wèi)暗物质(zhì)假说(shuō)理论(lùn)就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星(xīng)团，它们大(dà)部分的普通质(zhì)量都(dōu)在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时(shí)候，星际气(qì)体的相互作(zuò)用就会导致温(wēn)度的急(jí)剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星系团(tuán)大部(bù)分的(de)质(zhì)量将位于所有这(zhè)些气体所在的中间(jiā杀害一只斑鸠是什么罪，打死一只斑鸠会定什么罪n)区域。那么我们通过什(shén)么来验证它的质量(liàng)区域(yù)到底(dǐ)是不是(shì)集中(zhōng)在中间呢(ne)？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一(yī)张全彩的(de)高清照(zhào)片，在照片中我们可(kě)以明显地看到很(hěn)多(duō)星系似乎被(bèi)拉(lā)伸产生了巨大(dà)的(de)形(xíng)变。其实这(zhè)些星系本身(shēn)并不是(shì)真(zhēn)的(de)被扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了(le)什么问题，而是(shì)这样(yàng)极遥远的天体和我们(men)地球(qiú)上(shàng)的观测者之间。被一个质(zhì)量超级(jí)巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这(zhè)个(gè)超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可能(néng)是超(chāo)大质量的黑洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团(tuán)观测的时(shí)候(hòu)，发现(xiàn)它(tā)的大质量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星(xīng)团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个(gè)区(qū)域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下(xià)了各相同(tóng)性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们之(zhī)间(jiān)的温差(chà)只有万分之(zhī)一。

科学家(jiā)们(men)通过对前(qián)景背(bèi)景分离(lí)后的二(èr)值图像(xiàng)进(jìn)行(xíng)连通域(yù)提取和标记之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景(jǐng)辐(fú)射的测量值，我们需要(yào)的暗物质(zhì)大约是(shì)普通(tōng)物质(zhì)的(de)5倍。这(zhè)个数字(zì)与(yǔ)解释星系(xì)当中恒星运动(dòng)所需要的(de)暗物质比例是一(yī)致(zhì)的(de)。这就意味着。

用了一(yī)个简单的(de)理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗物质的(de)本(běn)质(zhì)就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某种类(lèi)型的粒子(zi)，它(tā)们不参(cān)与任何(hé)其他的电磁(cí)作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒(lì)子的存在，就相当于(yú)找到(dào)了暗物质存在(zài)的实(shí)际(jì)证(zhèng)据。这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子(zi)到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不(bù)同的目标粒(lì)子所需(xū)要(yào)的实验方式也不相同。在(zài)过去的(de)几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已经进行了超(chāo)过50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大(dà)的地(dì)学实(shí)验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测(cè)器，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物(wù)质(zhì)粒子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到了某种(zhǒng)信号。经过了(le)20多(duō)年的(de)数据收集，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会(huì)在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科(kē)学家认(rèn)为(wèi)这可(kě)能是人类发(fā)现(xiàn)暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是(shì)为什么暗物(wù)质会产生周(zhōu)期性(xìng)的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动(dòng)，那(nà)么(me)如(rú)果暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这(zhè)样的速度(dù)在穿越着(zhe)暗物质流(liú)，这个(gè)过程中(zhōng)会产生相应的(de)振(zhèn)荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半(bàn)年的(de)时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕银河系的方向是(shì)一致(zhì)的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的(de)方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了(le)最慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银河系(xì)的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可(kě)以用来解(jiě)释，研(yán)究人员(yuán)们所观测到的周期性信号(hào)。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这种年度周(zhōu)期(qī)信号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游客(kè)的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的实(shí)验(yàn)室，这(zhè)里的季节与之(zhī)前的实验(yàn)室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物(wù)质(zhì)流的运(yùn)动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这(zhè)里(lǐ)可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质所存(cún)在的(de)非常有力的证据了(le)。但是由于这(zhè)个实(shí)验(yàn)室刚(gāng)刚建成不久，所以截(jié)至(zhì)目前还无法提供相应的(de)数据(jù)支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野(yě)是哈(hā)勃红外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望远镜其中一个(gè)关(guān)键的用途就是(shì)探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它们极有(yǒu)可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的(de)暗物(wù)质会(huì)不(bù)会意味着人类并不(bù)孤单(dān)呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当中某个(gè)角落(luò)的行星(xīng)上，暗物(wù)质(zhì)正(zhèng)在通过这样的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要(yào)先找(zhǎo)到暗物(wù)质存在的(de)实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的(de)动力！

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