宇宙是“人(rén)为制造(zào)”的？为何会存在(zài)科学(xué)无法解(jiě)释(shì)的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学(xué)家(jiā)们在过(guò)去的(de)几十年当(dāng)中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的(de)有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天(tiān)体运动的(de)规律。往(wǎng)后的(de)几(jǐ)百年来，当天(tiān)文(wén)学家们发现某些(xiē)天体运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符合万(wàn)有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知(zhī)道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知(zhī)的天(tiān)体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道的异(yì)常(cháng)，推(tuī)算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的(de)发现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得重大(dà)天文(wén)成就的例子。但是这些发(fā)现都(dōu)是(shì)在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们上升到(dào)星(xīng)系或者是(shì)星团的(de)尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹威基正(zhèng)在研究和测量(liàng)后(hòu)发星(xīng)系团的质(zhì)量。这是一(yī)个由数千个(gè)星系(xì)所组成的巨大星系(xì)团，这(zhè)些(xiē)星系被引力(lì)束缚(fù)在一起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一(yī)致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要(yào)的(de)数据是测量各个星(xīng)系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各(gè)个星系(xì)相(xiāng)对(duì)于星系(xì)团的运动速度。当(dāng)测量(liàng)结(jié)果出(chū)来之(zhī)后，兹威(wēi)基(jī)彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系(xì)团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的(de)质(zhì)量并不以(yǐ)可见光的形式(shì)所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程(chéng)中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团中很多星(xīng)系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系(xì)的(de)质量所产生的(de)引(yǐn)力是无法将它们束缚(fù)在(zài)星(xīng)系团(tuán)内的(de)，它(tā)们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在(zài)起(qǐ)作(zuò)用，这(zhè)种力(lì)量来源于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出(chū)了这样部分不可见的暗(àn)质，它不(bù)发散光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是(shì)它(tā)们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的(de)人们对这样的(de)一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词才再(zài)一次(cì)出现。天(tiān)文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星(xīng)运动。理论上来说，距离(lí)中心(xīn)越(yuè)远的(de)恒(héng)星在其轨(guǐ)道上的运行速度(dù)就(jiù)会越(yuè)慢(màn)。但(dàn)是(shì)他(tā)们(men)观测的结果(guǒ)却让(ràng)人感到不(bù)可思议(yì)。

随着与中心距(jù)离(lí)的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系当中如果(guǒ)没有足够(gòu)大的(de)质量来吸引它们(men)，这些(xiē)外(wài)围的恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是测(cè)量(liàng)星系当(dāng)中(zhōng)气(qì)体在X轴上距离(lí)星系中心的距离(lí)，以及(jí)在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了(le)距离星(xīng)系中心更(gèng)远距离的氢(qīng)元素，发现它们(men)的旋(xuán)转速度并不(bù)符合牛顿的力(lì)学定律。我们(men)的(de)太阳系(xì)也不(bù)例外(wài)，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围绕(rào)银河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于(yú)理论速度，那么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心加速度的(de)原因很可能(néng)就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看不(bù)到的(de)物质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的(de)引力效(xiào)应将星系聚集(jí)在了(le)一起。

也是(shì)从这时开始，越来越(yuè)多的研(yán)究人(rén)员开始相(xiāng)信暗物质(zhì)的存(cún)在。科学家根(gēn)据(jù)星系外恒(héng)星轨道的速度，估(gū)算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物质(zhì)的质量占整个(gè)星系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不是唯一可(kě)以解(jiě)释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家(jiā)们发现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会(huì)出(chū)现速度上的(de)微小差异。另外，天文学家还(hái)发(fā)现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒(héng)星数量却只(中国欠别国钱吗zhǐ)有银河(hé)系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析(xī)。但(dàn)是科学(xué)家(jiā)们使用(yòng)最先进(jìn)的望(wàng)远(yuǎn)镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒星(xīng)运动是(shì)可以(yǐ)用正常(cháng)的(de)物质和力学定律来(lái)解(jiě)释的。那么又有人提出(chū)，也许(xǔ)该星系的暗物(wù)质，已经被(bèi)附近(jìn)的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪(guài)的是，它(tā)的(de)附近没(méi)有任何星系(xì)存(cún)在。造成这(zhè)些现(xiàn)象(xiàng)的(de)除了暗(àn)物质的假说之外，另(lìng)一(yī)种(zhǒng)可能(néng)就是人类对引力(lì)的理解还(hái)不够全面，引力很可能(néng)在不同尺(chǐ)度空间中的(de)工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的(de)方式运(yùn)动。但是上升到(dào)星系(xì)和星团的尺度，引力之间的(de)相互作用(yòng)则(zé)是不同的方式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用(yòng)，科学(xué)家还引入了外部(bù)场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是(shì)在(zài)数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成(chéng)立，这意味着我们需要(yào)对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结(jié)。但(dàn)是在(zài)宇宙当中还有(yǒu)关(guān)于暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿(yì)光(guāng)年(nián)的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团(tuán)所组成，类似(shì)这样(yàng)的(de)星团，它们大部分(fēn)的普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气(qì)体的相互(hù)作用就会导致温度的(de)急剧升高，速度(dù)大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气体(tǐ)所在的中间(jiān)区域。那(nà)么我们通过什么来验(yàn)证(zhèng)它的质量(liàng)区域到底(dǐ)是不是(shì)集中在(zài)中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆(mǔ)斯(sī)韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩的高清照片(piàn)，在照片中我(wǒ)们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看(kàn)到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是(shì)韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了(le)什么(me)问题(tí)，而(ér)是这样极遥远的天(tiān)体和我(wǒ)们(men)地(dì)球上(shàng)的(de)观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨(jù)大的(de)天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的(de)光都发生(shēng)了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就(jiù)是引力透镜(jìng)效应(yīng)。这(zhè)个巨(jù)大的天体可(kě)能(néng)是超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹星系(xì)团观测的时(shí)候(hòu)，发现(xiàn)它(tā)的大质量(liàng)区(qū)域(yù)并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释(shì)方(fāng)法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在(zài)了(le)中间(jiān)，暗(àn)物(wù)质(zhì)则直接通(tōng)过了(le)这个(gè)区域，并(bìng)在两(liǎng)边(biān)形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被(bèi)认为是暗物质存在的(de)迄(qì)今为止最好的(de)理论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以(yǐ)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(xiē)光在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下了(le)各相(xiāng)同性的微(wēi)波辐射。其中红色(sè)的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示(shì)相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但(dàn)实(shí)际上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们(men)通过对前景背(bèi)景分离后的(de)二值图像进行连通域提取和标记(jì)之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而随着(zhe)暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗(àn)物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释星(xīng)系(xì)当中(zhōng)恒(héng)星运(yùn)动所需要的暗物质比例(lì)是一致(zhì)的。这就意味(wèi)着。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论(lùn)框架，就很(hěn)好地解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质(zhì)的(de)本质(zhì)就(jiù)是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何其(qí)他的电(diàn)磁作用(yòng)，只通过(guò)引(yǐn)力(lì)来相互(hù)作(zuò)用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在(zài)的(de)实际证据。这种粒子到底是(shì)什么(me)？科学家们已经提(tí)出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些(xiē)不(bù)同的目标粒(lì)子所需要的实验方式(shì)也不相同(tóng)。在过去的几十(shí)年当中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸(mō)不到，几乎不会与(yǔ)常规物(wù)质(zhì)相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了(le)超(chāo)过50次的实验(yàn)，却(què)没(méi)有任(rèn)何(hé)实质(zhì)性(xìng)的(de)发现，除(chú)了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地球上(shàng)最大(dà)的(de)地学实验室，这(zhè)个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层(céng)楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的(de)科学家声称观测到了某(mǒu)种信号(hào)。经过(guò)了20中国欠别国钱吗多(duō)年的数据收集，人们发(fā)现了一个有趣(qù)的(de)事(shì)情(qíng)。探测率(lǜ)会在每年(nián)的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是人类发(fā)现暗物质(zhì)的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着银河系(xì)进行移(yí)动，那么(me)如果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以这样的速度(dù)在(zài)穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这个过程中会产(chǎn)生相应的(de)振荡，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正(zhèng)好达到完全(quán)一致，这是(shì)理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达(dá)到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际(jì)的(de)情(qíng)况中，太阳系相对银(yín)河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为(wèi)这可以用来解释，研究人员们(men)所观测到的周期性信号。当然也可能(néng)有其他的情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度周期(qī)信号的差异也可能是温度(dù)、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高山上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意(yì)大利游客的(de)数量(liàng)也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立了一个(gè)几(jǐ)乎相同的实(shí)验室，这里的季节(jié)与之前的实(shí)验室(shì)正好相反，而在(zài)这里，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流(liú)的(de)运动特征和(hé)第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为(wèi)暗物质所存(cún)在的(de)非(fēi)常有力的证据(jù)了。但是由(yóu)于这(zhè)个实(shí)验(yàn)室刚(gāng)刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于探测(cè)的(de)结(jié)果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在，它(tā)们(men)极有可能拥有另一(yī)种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的(de)诞(dàn)生(shēng)，或者说是生命(mìng)进(jìn)化(huà)的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的(de)证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物质会不(bù)会(huì)意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效(xiào)应创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些(xiē)推(tuī)论(lùn)的(de)大(dà)前提(tí)是要先找到暗(àn)物质存在的实(shí)际(jì)证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得(dé)暗物(wù)质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新的动力(lì)！

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