宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存(cún)在科学无(wú)法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证(zhèng)据，科学家们在过去(qù)的几十年(nián)当(dāng)中进行(xíng)了超过(guò)50次的长期实(shí)验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个(gè)地方(fāng)，在(zài)1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)天体(tǐ)运动的规律。往(wǎng)后的(de)几百年来，当天文学家(jiā)们(men)发现某些天体运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道出现异常(cháng)，不符合万(wàn)有引力定律的时(shí)候，他们就(jiù)会知道，周围(wéi)一定有未知的(de)天体通(tōng)过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过(guò)天王星(xīng)运行(xíng)轨(guǐ)道的异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都是应(yīng)用万(wàn)有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒(héng)星系统的尺度(dù)当中，可体校怎么考,上体校需要什么条件呢，体校需要什么条件可以考？(kě)当我们上升到(dào)星系或者是(shì)星团的尺度(dù)，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家(jiā)弗(fú)里茨(cí)兹威基正在(zài)研究和测(cè)量后发星系(xì)团的质量。这是一个由数(shù)千个星系所组成的巨(jù)大星(xīng)系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系(xì)团(tuán)的质量一般会使用(yòng)到两种方(fāng)法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可(kě)以确定(dìng)其质量的(de)范围。

第(dì)一种是(shì)获得其"光度学的质(zhì)量"，需要(yào)的数据(jù)是测量各个星系(xì)的光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力(lì)学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于(yú)星系团的(de)运动速度(dù)。当测量(liàng)结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形(xíng)式所存在，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异(yì)的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很(hěn)多(duō)星系的速度比理论(lùn)上(shàng)要快得(dé)多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的引力是无法将它们(men)束缚在(zài)星系团内的(de)，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛(pāo)出星系团(tuán)之(zhī)外了(le)，除非有(yǒu)一种神(shén)秘(mì)的力(lì)量在起作用(yòng)，这种力(lì)量来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却(què)占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这(zhè)个词才(cái)再(zài)一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特(tè)福(fú)特在(zài)观测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的(de)运行速度(dù)就会越慢。但(dàn)是他们(men)观测(cè)的结果却让人感到不(bù)可思议。

随着与中心距(jù)离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛(niú)顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没有足够(gòu)大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方(fāng)法来解释(shì)暗物(wù)质的存(cún)在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气体在(zài)X轴(zhóu)上距离(lí)星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学(xué)家们(men)通(tōng)过射电望远镜测量(liàng)了距离星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它们(men)的(de)旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们(men)的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有(yǒu)引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋(xuán)转，这(zhè)个实(shí)际速度远远大于(yú)理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速度的(de)原因很(hěn)可能就是存(cún)在着(zhe)一种我们看(kàn)不到(dào)的物(wù)质，是这些暗物(wù)质的(de)引(yǐn)力效应(yīng)将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时(shí)开始，越来(lái)越多的(de)研究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算(suàn)在星(xīng)系当中暗物质的(de)质量占整(zhěng)个(gè)星系(xì)质量的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因(yīn)。在(zài)一项新(xīn)的(de)研究当中，科学(xué)家们(men)发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差(chà)异。另外，天文学家还发(fā)现(xiàn)了一(yī)个(gè)反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大小和银(yín)河(hé)系不多(duō)，但是星系当中存(cún)在的恒星数(shù)量(liàng)却(què)只有银河系的千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是(shì)科学(xué)家们使用最(zuì)先进的望远(yuǎn)镜对其进行了(le)40个(gè)小时的(de)详细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒星(xīng)运动是可以用正常的物质(zhì)和力学(xué)定律来(lái)解(jiě)释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物(wù)质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可能就是人类(lèi)对引(yǐn)力的(de)理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的工作(zuò)方式是(shì)不(bù)同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们(men)的轨(guǐ)道，按(àn)照我们所理解(jiě)的方式运(yùn)动。但是上升(shēng)到星(xīng)系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是不同的(de)方式。对于在星系团之间的(de)相(xiāng)互作用，科学家还引入(rù)了外部场(chǎng)效(xiào)应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的(de)质(zhì)量之间会产(chǎn)生对(duì)彼此特殊的效果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的(de)物(wù)理定律进行修(xiū)正，这(zhè)些发现也让很多人(rén)认为暗物质假说理论就(jiù)此终结(jié)。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德(dé)理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的(de)星团(tuán)，它们(men)大部分的普通质量都在星(xīng)系的气体当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的(de)相互作用就(jiù)会(huì)导致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么(me)我们(men)通过(guò)什(shén)么(me)来验证它的质(zhì)量区域到底是(shì)不是集(jí)中(zhōng)在(zài)中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系(xì)似乎(hū)被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这(zhè)些(xiē)星系本身(shēn)并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了(le)，也不(bù)是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地(dì)球上的(de)观测者之(zhī)间。被一个(gè)质(zhì)量(liàng)超级(jí)巨大(dà)的(de)天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超大质(zhì)量的东(dōng)西的(de)引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可(kě)能是超大质量的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物(wù)质(zhì)。

所以当人们对(duì)子(zi)弹(dàn)星系(xì)团观测的时候，发现它的(de)大质量区域并不(bù)是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是(shì)当星团发生(shēng)全部的(de)碰撞时，可(kě)被(bèi)观测(cè)到的(de)质量气(qì)体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的(de)引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)。

除此之外(wài)，还(hái)有来自(zì)宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见(jiàn)光终于(yú)可以畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年(nián)之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下(xià)了各相(xiāng)同(tóng)性的微(wēi)波辐射(shè)。其中红色的部分(fēn)表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)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(bèi)景分离后的二(èr)值图像(xiàng)进行连通域(yù)提取和标记之(zhī)后(hòu)发(fā)现，如(rú)果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗(àn)物(wù)质(zhì)，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随(suí)着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的(de)测(cè)量值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数(shù)字(zì)与解释(shì)星系当中恒(héng)星运动所需要的暗(àn)物(wù)质比例是一致的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很好地解释(shì)了(le)很多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就(jiù)是(shì)宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁(cí)作(zuò)用，只通(tōng)过引力来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果(guǒ)能(néng)够(gòu)找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当于找到了(le)暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底是什(shén)么？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不同的(de)目标粒子所需要(yào)的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不(bù)会与常规物质相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)的“暗(àn)物(wù)质”，科(kē)学家们已经(jīng)进(jìn)行了超过50次(cì)的实验，却没有任何(hé)实质性的发现，除(chú)了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学实(shí)验室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测到了(le)某种信号。经过了20多年的数据(jù)收集(jí)，人(rén)们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探(tàn)测率会在(zài)每年(nián)的6月份达到(dào)峰值，然(rán)后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年(nián)都是一样。一些科学家认为这可能是人(rén)类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度围绕着银(yín)河系进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味着我们(men)也在以这(zhè)样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会(huì)产生相应的(de)振荡，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半(bàn)年的时间(jiān)，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方向与太阳(yáng)环绕(rào)银河系的方向是一致的，而另外半年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候(hòu)，地(dì)球与太(tài)阳的方向(xiàng)正好达到完全(quán)一致，这(zhè)是(shì)理(lǐ)论上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最(zuì)慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系(xì)相对银河系的(de)平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的(de)有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们(men)所观(guān)测到(dào)的周期(qī)性信(xìn)号。当然也可(kě)能(néng)有其他的情况，造成这种年度(dù)周期信号的差(chà)异也(yě)可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半(bàn)球(qiú)建(jiàn)立(lì)了一个(gè)几乎相同(tóng)的实验室，这里的季(jì)节与(yǔ)之(zhī)前的(de)实验(yàn)室正好(hǎo)相反，而在(zài)这里，地(dì)球穿过暗物(wù)质流的运动特(tè)征和(hé)第一个(gè)实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可(kě)以成(chéng)为(wèi)暗(àn)物(wù)质所(suǒ)存在的非常有力的(de)证(zhèng)据了(le)。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还无(wú)法提供相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供(gōng)的视野是哈(hā)勃红外(wài)仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个关键的用(yòng)途(tú)就是探索暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发现，如(rú)果暗物质存(cún)在，它(tā)们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要(yào)因(yīn)素。

如(rú)果这一理论得到进(jìn)一步(bù)的证实，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的(de)暗(àn)物(wù)质会(huì)不会意味着人(rén)类并不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这(zhè)样的(de)效应创造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要(yào)先(xiān)找到暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到底存不存(cún)在(zài)呢(ne)？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你(nǐ)的(de)支持是我(wǒ)更新(xīn)的(de)动力！

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