宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是(shì)什么(me)？人类(lèi)为了(le)寻找(zhǎo)暗(àn)物质存(cún)在的证据(jù)，科(kē)学家们在过去的几十年当中进行了超过(guò)50次的长期(qī)实验，但(dàn)是却没有发现(xiàn)任何的有效(xiào)证据。除了(le)一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)天(tiān)体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不符合(hé)万(wàn)有(yǒu)引力定律的(de)时候，他们就(jiù)会知道，周围(wéi)一(yī)定有未知的天体通(tōng)过(guò)引(yǐn)力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过(guò)天王星(xīng)运行轨道(dào)的异常，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是(shì)应用(yòng)万有(yǒu)引力定律所取得重大天文成就(jiù)的例(lì)子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们(men)上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹(zī)威基(jī)正(zhèng)在研究(jiū)和测量后发星(xīng)系(xì)团的质(zhì)量。这是(shì)一(yī)个由(yóu)数千个星系所(suǒ)组成(chéng)的(de)巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一(yī)般会(huì)使用到两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就(jiù)可以(yǐ)确定其质量的范围(wéi)。

第(dì)一种(zhǒng)是获(huò)得(dé)其"光度(dù)学的(de)质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学(xué)质量(liàng)的计(jì)算，是利(lì)用(yòng)光谱红移测量星系团中(zhōng)的各(gè)个(gè)星(xīng)系相对于(yú)星系(xì)团的运动(dòng)速(sù)度。当测量结果出来(lái)之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所存在(zài)，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星系(xì)团中很多星系的速度比理(lǐ)论上(shàng)要(yào)快得多，按照牛(niú)顿的运动学(xué)定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生的引力是无(wú)法将(jiāng)它们束(shù)缚在星系团内的(de)，它们(men)早就应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的(de)力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再(zài)一(yī)次(cì)出现。天文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在观测(cè)仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但是他们(men)观测的结果(guǒ)却让人感到不可(kě)思议。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的(de)增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几乎(hū)保持(chí)不(bù)变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系(xì)当(dāng)中如(rú)果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对(duì)标准的方法来解释暗物质(zhì)的(de)存在，这种方法(fǎ)就是测(cè)量(liàng)星系当中气体在X轴上(shàng)距(jù)离星(xīng)系(xì)中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的(de)结(jié)果，就(jiù)认为是由暗物质(zhì)的力量(liàng)进(jìn)入其(qí)中。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜测量了距离星系(xì)中心(xīn)更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太(tài)阳系也(yě)不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三(sān)悬臂(bì)之上，距(jù)离银(yín)河系中心(xīn)2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力(lì)定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理论(lùn)速(sù)度，那么(me)产生以(yǐ)上(shàng)这(zhè)种向心加速度的原因很可能就是存在着(zhe)一种我(wǒ)们看不到的物质(zhì)，是这些(xiē)暗物(wù)质的引力效应将星(xīng)系聚集(jí)在了一(yī)起。

也是从这(zhè)时开始，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科(kē)学家(jiā)根据(jù)星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星系当中暗物身临其境是什么意思的临，身临其境是什么意思呢原意是什么质的质量占(zhàn)整(zhěng)个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一可以解释这个现(xiàn)象的原因(yīn)。在(zài)一项新的(de)研究当中，科学(xué)家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的(de)微小差(chà)异(yì)。另外，天文学家还发现了一(yī)个(gè)反(fǎn)常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银河系(xì)不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河(hé)系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论上，该星系必(bì)须存(cún)在暗物(wù)质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家(jiā)们(men)使用(yòng)最先进(jìn)的望远镜对(duì)其(qí)进行了(le)40个小(xiǎo)时(shí)的详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星(xīng)运(yùn)动是可(kě)以用(yòng)正常的(de)物质(zhì)和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离(lí)了。奇怪(guài)的是，它的附(fù)近没有任何星(xīng)系存在(zài)。造(zào)成(chéng)这些(xiē)现象(xiàng)的(de)除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能(néng)就是人类对引力(lì)的理解(jiě)还(hái)不够全面，引力很可能在不(bù)同尺度空间(jiān)中(zhōng)的(de)工(gōng)作方式是不(bù)同(tóng)的，这意(yì)味着(zhe)在行星系(xì)尺度(dù)中的(de)天体会(huì)沿(yán)着它们的(de)轨道，按照我们所理解的方(fāng)式(shì)运动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用(yòng)，科学家(jiā)还(hái)引入了(le)外(wài)部场效应的(de)概念，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现在的(de)物理定律进行修正，这(zhè)些发(fā)现(xiàn)也让很多人(rén)认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的(de)理(lǐ)论证据，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它们大(dà)部(bù)分(fēn)的普(pǔ)通质量(liàng)都在星系(xì)的气体当中。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的(de)时候(hòu)，星际气体的相(xiāng)互作用就(jiù)会(huì)导(dǎo)致温(wēn)度的急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系团大(dà)部分的(de)质(zhì)量将(jiāng)位(wèi)于所(suǒ)有这些(xiē)气体(tǐ)所(suǒ)在(zài)的中间(jiān)区(qū)域。那么我(wǒ)们通过什么来验证它的质量区域(yù)到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎(hū)被拉(lā)伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的(de)形(xíng)变(biàn)。其(qí)实这些星系(xì)本身并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和(hé)我们地球上的观(guān)测者之间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质量的东西的(de)引(yǐn)力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光身临其境是什么意思的临，身临其境是什么意思呢原意是什么都发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可(kě)能是(shì)超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对(duì)子(zi)弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团(tuán)发生(shēng)全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质则直接通过(guò)了(le)这个区(qū)域，并在(zài)两边(biān)形成了引力透(tò身临其境是什么意思的临，身临其境是什么意思呢原意是什么u)镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的(de)迄(qì)今(jīn)为止最好的理论(lùn)证据。

除(chú)此(cǐ)之外(wài)，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最古老的(de)光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温(wēn)度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷(lěng)的区域，但(dàn)实际(jì)上它(tā)们(men)之间的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前(qián)景背景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没(méi)有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来不应该(gāi)是这(zhè)样(yàng)的，而(ér)随(suí)着(zhe)暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才(cái)变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们(men)需要的暗物质大(dà)约是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中(zhōng)恒星运动(dòng)所需要的暗物(wù)质(zhì)比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理(lǐ)论框架(jià)，就很好(hǎo)地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不(bù)参与任何其(qí)他的电磁(cí)作用，只通过(guò)引力来(lái)相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果能够(gòu)找到这种粒(lì)子(zi)的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗(àn)物质存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家(jiā)们(men)已经提出了数(shù)十种的假想目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些(xiē)不同(tóng)的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同。在过(guò)去的几十年(nián)当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几(jǐ)乎(hū)不会与常(cháng)规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学(xué)家们已经(jīng)进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个(gè)地方，意(yì)大利的格(gé)兰萨索山(shān)，隶(lì)属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探(tàn)测器，一直致力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当(dāng)中每年都是一(yī)样。一(yī)些科(kē)学家认为这可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直接证据。

但(dàn)是(shì)为(wèi)什(shén)么暗(àn)物质会产(chǎn)生(shēng)周期性的年度(dù)信号呢(ne)？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意(yì)味着(zhe)我们也在(zài)以这样的(de)速度在穿越着暗(àn)物质(zhì)流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方(fāng)向是一致(zhì)的，而(ér)另(lìng)外半年(nián)则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太(tài)阳(yáng)的(de)方向正好达到完全一致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快(kuài)的(de)时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相对银河(hé)系的(de)平(píng)面(miàn)呈(chéng)现了60度的(de)倾斜(xié)，但是(shì)这(zhè)并不影响这个理论(lùn)的(de)有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的(de)差异也可能(néng)是(shì)温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利(lì)游(yóu)客的(de)数量也符(fú)合这个周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室，这里的(de)季节(jié)与之前的实(shí)验(yàn)室(shì)正好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第一个实(shí)验室是一样的(de)。

因此，如果在这里可以得到相同的信号(hào)，就可(kě)以成(chéng)为暗物(wù)质(zhì)所存(cún)在的非常有力(lì)的证(zhèng)据了。但(dàn)是(shì)由于这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所(suǒ)以截至目前还无法(fǎ)提供(gōng)相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台(tái)新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相同(tóng)，但它的宽(kuān)视场仪器(qì)提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中(zhōng)一个关键(jiàn)的用途就是探(tàn)索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以待(dài)了(le)。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存(cún)在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物(wù)质会(huì)不会意味(wèi)着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效应创造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论的大前(qián)提是要先(xiān)找到暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据(jù)。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的(de)支持是我更(gèng)新(xīn)的动力！

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