宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法(fǎ)解释的(de)“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又(yòu)究(jiū)竟(jìng)是(shì)什么(me)？人类为(wèi)了(le)寻(xún)找暗物质存在的证据，科(kē)学家们在过去的(de)几十年当(dāng)中(zhōng)进(jìn)行了超过50次(cì)的(de)长期(qī)实验，但(dàn)是却没有发现任何的(de)有(yǒu)效证(zhèng)据(jù)。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出(chū)现(xiàn)异常(cháng)，不(bù)符合万有引力定律(lǜ)的(de)时候，他们就会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的天体通过引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并(bìng)且发现(xiàn)了海王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的(de)例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统(tǒng)的尺度(dù)当(dāng)中，可当(dāng)我们上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学(xué)家弗(fú)里茨兹(zī)威基正在(zài)研究和(hé)测量(liàng)后(hòu)发星系团(tuán)的(de)质(zhì)量。这是一个(gè)由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星系被引力(lì)束缚在一(yī)起。测量星系团的质(zhì)量一般会(huì)使用到两(liǎng)种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需要(yào)的数据是测(cè)量各个星系的(de)光(guāng)度。

第二种是(shì)动力学质量的计算(suàn)，是嫦娥二号拍到外星人已经证实利用光谱(pǔ)红移测(cè)量星系团中的各个星系(xì)相对于星(xīng)系(xì)团的(de)运动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式所存在(zài)，我们无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测量速(sù)度的过程中，兹威基(jī)发现星系团(tuán)中很多星(xīng)系的速(sù)度(dù)比(bǐ)理论(lùn)上要(yào)快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系(xì)的质量(liàng)所产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了(le)，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了这(zhè)样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗质，它不(bù)发(fā)散光、吸光、反射光，但是(shì)它们(men)却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部(bù)分的(de)质量。只是当时的人们(men)对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才再一次出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特(tè)在观(guān)测仙女座星系中的(de)恒星运(yùn)动(dòng)。理论(lùn)上来说，距离(lí)中心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速(sù)度就(jiù)会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不(bù)变。可(kě)是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量来(lái)吸(xī)引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这种现象(xiàng)，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(de)存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离(lí)星系(xì)中心的(de)距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就认为是由暗(àn)物质的(de)力(lì)量进入其中。

于是(shì)科学家(jiā)们通过(guò)射电望远镜测量(liàng)了(le)距(jù)离(lí)星系中心(xīn)更远距(jù)离(lí)的(de)氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们(men)的(de)太阳系也不例(lì)外，太阳系位(wèi)于(yú)银河(hé)系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳系的(de)运行速度(dù)应该是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实(shí)际速度(dù)远远大(dà)于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种向(xiàng)心加速(sù)度的(de)原因很可能(néng)就是(shì)存在(zài)着一种我(wǒ)们看不到的物质(zhì)，是(shì)这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在(zài)了一(yī)起(qǐ)。

也是从这时开始，越(yuè)来越多(duō)的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在(zài)。科(kē)学家根据(jù)星系外恒星轨(guǐ)道的速(sù)度，估(gū)算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整个(gè)星系质量的(de)85%。但是(shì)，暗物(wù)质(zhì)并不(bù)是唯一可以解释(shì)这个现象的(de)原因。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异(yì)。另外，天文(wén)学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和(hé)银河系(xì)不多，但是(shì)星(xīng)系(xì)当中存(cún)在的恒星数(shù)量却只有(yǒu)银河(hé)系(xì)的千分之一(yī)。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星系必须(xū)存在(zài)暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离析。但是(shì)科学家(jiā)们(men)使用最先进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的(de)详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用正常的物质和力(lì)学(xué)定律(lǜ)来(lái)解释(shì)的(de)。那么又有人提(tí)出(chū)，也许该星系的(de)暗(àn)物质(zhì)，已经被(bèi)附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质(zhì)的(de)假说之外，另一种可能(néng)就是人类对引力的(de)理解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很(hěn)可(kě)能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺度(dù)中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式运(yùn)动。但是(shì)上升到星(xīng)系和星团的尺(chǐ)度，引力(lì)之(zhī)间的相互(hù)作(zuò)用则(zé)是不同的(de)方式(shì)。对于在星系团之间的相互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万光年的(de)规模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间会(huì)产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对(duì)现在的物理定律进行修正，这些发(fā)现也让很(hěn)多人认为(wèi)暗物质假说理论就(jiù)此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙(méng)德理论(lùn)所没法解释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿(yì)光年的(de)子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都在(zài)星(xīng)系的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导(dǎo)致温(wēn)度的急(jí)剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星(xīng)系团大部分的质(zhì)量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气体所在(zài)的中间区域。那么我(wǒ)们通过(guò)什么来验证它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第(dì)一张全(quán)彩的高(gāo)清照片(piàn)，在照片中我们可以明显地看到(dào)很多(duō)星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的(de)形变。其实这(zhè)些星系本身(shēn)并(bìng)不是真的被扭曲(qū)了，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我们地球(qiú)上的(de)观测者之间。被一个质(zhì)量(liàng)超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力(lì)，会使(shǐ)身(shēn)后(hòu)更(gèng)遥远星(xīng)系的光都(dōu)发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观(guān)测(cè)的时(shí)候(hòu)，发(fā)现它的大(dà)质量区域并不是在(zài)中间，而是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的解(jiě)释方法就(jiù)是当星团发生全(quán)部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力(lì)透镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄(qì)今(jīn)为(wèi)止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的微波辐(fú)射(shè)。其中红色(sè)的部分表(biǎo)示温度较高的(de)区(qū)域，蓝(lá嫦娥二号拍到外星人已经证实n)色则表示相对较(jiào)冷的区域(yù)，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万(wàn)分之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对前景背景分离(lí)后的(de)二值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不(bù)应该(gāi)是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的(de)幅度会(huì)减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射(shè)的(de)测量值，我们需(xū)要的(de)暗物质大约(yuē)是普通(tōng)物质的(de)5倍。这(zhè)个数(shù)字与解释星系当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗物(wù)质(zhì)比例是(shì)一致的。这就(jiù)意味着。

用了一(yī)个(gè)简单的理论框架，就很(hěn)好(hǎo)地解释了很多不同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物(wù)质的本(běn)质就(jiù)是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在(zài)着某(mǒu)种类型的粒(lì)子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互作用(yòng)。所以(yǐ)如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到了暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是什么？科(kē)学家们已经提(tí)出了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目(mù)标，而(ér)要寻找这些不同的目标(biāo)粒子(zi)所(suǒ)需要的实(shí)验方式也不相同(tóng)。在过去的几(jǐ)十(shí)年当中，人(rén)类(lèi)为了(le)寻(xún)找这(zhè)些(xiē)看(kàn)不(bù)见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会(huì)与(yǔ)常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实验，却(què)没(méi)有(yǒu)任(rèn)何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上(shàng)最(zuì)大的地(dì)学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层(céng)楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒(lì)子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的(de)科学家声(shēng)称观测到了某种信号(hào)。经过(guò)了20多年(nián)的数据收(shōu)集，人们发现了一个有(yǒu)趣(qù)的事情(qíng)。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到(dào)峰(fēng)值(zhí)，然(rán)后在11月降到最低，而且(qiě)在(zài)20年(nián)当中每(měi)年都是一样(yàng)。一(yī)些科学家认为这可能是人类发现暗(àn)物质的(de)第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着银(yín)河系进行(xíng)移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也(yě)在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地(dì)球又以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时(shí)间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方(fāng)向是(shì)一致的(de)，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到(dào)完全一致(zhì)，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时(shí)段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是(shì)这并(bìng)不(bù)影(yǐng)响(xiǎng)这(zhè)个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释(shì)，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号(hào)的(de)差异(yì)也(yě)可能是(shì)温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客(kè)的数量也(yě)符(fú)合这个周期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的(de)实验室，这(zhè)里的季节与(yǔ)之前的(de)实验室正好(hǎo)相反，而(ér)在这(zhè)里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流的运动特征和第(dì)一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得(dé)到(dào)相同(tóng)的信号，就(jiù)可以成为暗(àn)物质所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望(wàng)远镜叫(jiào)做(zuò)“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望(wàng)远镜(jìng)相同，但它(tā)的宽视场仪器提(tí)供的视野是(shì)哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探测(cè)的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味着人类并(bìng)不孤(gū)单呢(ne)？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过(guò)这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的(de)大前提是要先找到暗(àn)物(wù)质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的(de)支持是我更新的(de)动(dòng)力！

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