宇宙是“人为制造”的？为何(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(lèi)为了寻找暗物质存在(zài)的证(zhèng)据，科(kē)学家们在(zài)过去的几十年(nián)当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲学数(shù)学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的规律。往(wǎng)后的(de)几百年来(lái)，当天文学家(jiā)们发现某些天(tiān)体运行(xíng)轨道(dào)出(chū)现(xiàn)异常(cháng)，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年(nián)，奥(ào)本(běn)勒(lēi)维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了(le)海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得重(zhòng)大天(tiān)文成就(jiù)的例子(zi)。但是这(zhè)些发现都是(shì)在恒星系统的(de)尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨(cí)兹威(wēi)基正在研究(jiū)和测量(liàng)后发星系团的(de)质量(liàng)。这是一个由数千个星(xīng)系(xì)所组成(chéng)的巨(jù)大(dà)星系团，这些(xiē)星系被(bèi)引力束缚在一(yī)起。测量星系团的质量(liàng)一般(bān)会(huì)使(shǐ)用(yòng)到(dào)两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结(jié)果一致(zhì)，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的范围(wéi)。

第一种是获(huò)得(dé)其(qí)"光度学(xué)的(de)质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系(xì)的(de)光度。

第二种是(shì)动力学质量(liàng)的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的各个(gè)星系相(xiāng)对于星系团的运(yùn)动(dòng)速度(dù)。当测量(liàng)结(jié)果(guǒ)出来(lái)之后，兹(zī)威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以(yǐ)可(kě)见光的形(xíng)式(shì)所存在，我们无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的(de)是(shì)，在测量速度的(de)过程中，兹威基发现星系(xì)团中(zhōng)很多星系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力(lì)是无法将它们束缚在星系(xì)团内(nèi)的，它(tā)们早就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的(de)暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光(guāng)、反射(shè)光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才再(zài)一(yī)次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在观测仙(xiān)女座星系中(zhōng)的(de)恒星运动。理论上来说，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却让人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随着与中心(xīn)距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持(chí)不(bù)变。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)，在(zài)星系(xì)当(dāng)中如果(guǒ)没有(yǒu)足够(gòu)大的质(zhì)量来吸(xī)引(yǐn)它(tā)们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这种现象(xiàng)，科学家们(men)会使(shǐ)用(yòng)一种相对(duì)标(biāo)准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系(xì)中心的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就认(rèn)为是(shì)由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学家们(men)通过(guò)射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也(yě)不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大(dà)于理论速度，那么产生以上这(zhè)种向心(xīn)加速度的(de)原因很可(kě)能(néng)就(jiù)是(shì)存(cún)在着一种(zhǒng)我们(men)看不(bù)到的物(wù)质，是(shì)这些暗(àn)物(wù)质的引力(lì)效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研(yán)究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗物(wù)质的(de)存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星系当中暗(àn)物质(zhì)的(de)质量(liàng)占整个(gè)星系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的(de)原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科(kē)学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速(sù)度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家(jiā)还发(fā)现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的(de)恒星数量却只有银河系的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详(xiáng)细(xì)测量之后(hòu)，发(fā)现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常的物质(zhì)和力学(xué)定律(lǜ)来解释的(de)。那么又(yòu)有人提(tí)出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一(yī)个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任何星系存在(zài)。造成这些现象的(de)除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人类对引力的理解还(hái)不够全面，引力很可能在(zài)不(bù)同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这(zhè)意(yì)味着在行星(xīng)系(xì)尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿着它(tā)们(men)的轨道(dào)，按(àn)照我们(men)所(suǒ)理(lǐ)解的方式(shì)运动。但(dàn)是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间的(de)相互(hù)作(zuò)用则(zé)是不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的(de)相互作用(yòng)，科学(xué)家还(hái)引入了(le)外部(bù)场(chǎng)效应的概念，指的是(shì)在数百万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间会产生对(duì)彼此特(tè)殊的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发(fā)现(xiàn)也让很多(duō)人认为暗物质假说理(lǐ)论就(jiù)此终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物(wù)质存在的(de)其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论(lùn)证(zhèng)据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没法解释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系(xì)团，由(yóu)两(liǎng)个碰(pèng)撞的(de)星系团所组成，类似(shì)这(zhè)样(yàng)的星团，它们大(dà)部分的普通质量都在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的ln的公式大全，ln4-ln2等于多少时候，星际气体的(de)相互作用就会导(dǎo)致温度的(de)急(jí)剧升高，速度大幅(fú)降低(dī)。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质(zhì)量(liàng)将位(wèi)于所有这些气(qì)体所在(zài)的中间(jiān)区域(yù)。那么我们通过什么来(lái)验证它(tā)的质量区域到底是(shì)不(bù)是集中在中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实这些星系(xì)本(běn)身并不是真的被(bèi)扭曲(qū)了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天(tiān)体和我(wǒ)们地(dì)球上的观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东西的(de)引(yǐn)力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的(de)光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可(kě)能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域并不是(shì)在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以最好的(de)解释方法就是(shì)当(dāng)星(xīng)团发生全(quán)部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过(guò)了这个区域，并在(zài)两(liǎng)边(biān)形成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子(zi)弹(dàn)星(xīng)系(xì)团(tuán)的引力透镜研究也(yě)被(bèi)认(rèn)为是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为(wèi)止最(zuì)好的(de)理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后(hòu)，这(zhè)些(xiē)光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表示温度较(jiào)高的(de)区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对较冷的(de)区域，但实(shí)际上它(tā)们之间的(de)温差只有万分(fēn)之一(yī)。

科学家们通过(guò)对前景背景分(fēn)离后的二值图(tú)像进(jìn)行连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不(bù)应(yīng)该是这样的，而随(suí)着暗(àn)物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物(wù)质大(dà)约(yuē)是普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数(shù)字与解(jiě)释(shì)星系(xì)当中恒星运动所需要的(de)暗物质比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就意味(wèi)着。

用了一(yī)个简单(dān)的理论框架，就很(hěn)好(hǎo)地解释了很(hěn)多不同(tóng)的观(guān)测结(jié)果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中(zhōng)存(cún)在着某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁(cí)作(zuò)用，只通过(guò)引(yǐn)力来相互作用。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相当于找到(dào)了暗物质存(cún)在的(de)实(shí)际证据(jù)。这(zhè)种粒子到底是什(shén)么？科(kē)学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的(de)目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的(de)几十年当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规物质(zhì)相互(hù)作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了超过50次的实验(yàn)，却(què)没有任何实(shí)质(zhì)性的发现，除了一(yī)个地方(fāng)，意大利(lì)的格兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这(zhè)个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层(céng)楼高(gāo)的探测(cè)器(qì)，一直致力(lì)于(yú)寻找暗物质粒子的(de)周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里的科(kē)学家声称观测到(dào)了某种信号(hào)。经过(guò)了20多年的数据收集(jí)，人们发现(xiàn)了一个有趣(qù)的事情(qíng)。探测率会在每年的(de)6月份达到(dào)峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中每(měi)年都是一样。一些科(kē)学家认为这(zhè)可能是人(rén)类发(fā)现(xiàn)暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什(shén)么(me)暗物质会产生(shēng)周期性的(de)年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如(rú)果暗物质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着我们(men)也(yě)在以(yǐ)这(zhè)样的速(sù)度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时(shí)地(dì)球又(yòu)以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外半年则(zé)与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完(wán)全一致(zhì)，这(zhè)是理论上地球穿(chuān)越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系(xì)的平面呈现了(le)60度(dù)的倾斜(xié)，但是(shì)这并(bìng)不影响这(zhè)个理论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科(kē)学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周(zhōu)期(qī)性信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造(zào)成这种年(nián)度周期信号的差(chà)异也(yě)可(kě)能是温(wēn)度、湿度、土壤中的(de)水分、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客(kè)的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立了(le)一个几乎(hū)相同的实验(yàn)室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室(shì)正好相反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质流(liú)的运动特征(zhēng)和第一(yī)个实验(yàn)室(shì)是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的(de)信号，就可(kě)以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个(gè)实验室(shì)刚刚建成不(bù)久，所以截(jié)至目前还(hái)无(wú)法(fǎ)提供(gōng)相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一(yī)台新的望远镜，这台(tái)太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的(de)宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供(gōng)的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的用途就是(shì)探(tàn)索(suǒ)暗(àn)物质背后的奥秘，对于(yú)探测(cè)的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实(shí)验(yàn)室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究发(fā)现，如(rú)果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是(shì)生命进化的(de)一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得(dé)到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质(zhì)会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个(gè)角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗物质正在通过这样的(de)效(xiào)应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们(men)，你们觉得暗物质到底存(cún)不(bù)存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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