宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科(kē)学(xué)无法解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据(jù)，科学家(jiā)们(men)在过去的几十年当中进(jìn)行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发(fā)现任何的(de)有效(xiào)证据(jù)。除了一个地(dì)方(fāng)，在(zài)1687年出版的(de)自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表了万(wàn)有引力定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不(bù)符合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的(de)时候，他们就会(huì)知道(dào)，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如(rú)在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通过天(tiān)王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且(qiě)发(fā)现了海(hǎi)王(wáng)星的存在(zài)。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星的发现都(dōu)是应用万(wàn)有引力定律(lǜ)所取得(dé)重(zhòng)大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹(zī)威基正在研(yán)究(jiū)和测量后发星系团的质(zhì)量。这是(shì)一(yī)个由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引力(lì)束缚在一起。测量星系团(tuán)的(de)质量一般(bān)会(huì)使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种是动力学(xué)质(zhì)量的计(jì)算，是利(lì)用光(guāng)谱红(hóng)移测量星系(xì)团中的各个星系(xì)相对(duì)于星系团的运动速度(dù)。当(dāng)测量结果(guǒ)出(chū)来之后(hòu)，兹威基彻底懵了(le)，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存(cún)在(zài)，我们无法看到(dào)。最诡(guǐ)异的(de)是(shì)，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星系(xì)团(tuán)中很(hěn)多星系的速度(dù)比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见星(xīng)系(xì)的质量(liàng)所产(chǎn)生的引力(lì)是(shì)无法将它们(men)束缚在星系团内的(de)，它们(men)早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除(chú)非有(yǒu)一种神秘的力量(liàng)在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量(liàng)来(lái)源于(yú)某种隐(yǐn)形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了(le)这样部分不可(kě)见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大(dà)部分(fēn)的质量。只是当(dāng)时的人们对(duì)这样的(de)2l是多少斤 2l是多少kg一(yī)种说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个(gè)词才(cái)再一次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来(lái)说(shuō)，距离中心(xīn)越(yuè)远(yuǎn)的恒(héng)星在其(qí)轨(guǐ)道上的运行速(sù)度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到(dào)不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒(héng)星的(de)旋转速度几乎保持(chí)不(bù)变。可(kě)是(shì)根据(jù)牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的(de)恒(héng)星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来解释(shì)暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现(xiàn)异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科(kē)学家们(men)通过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发(fā)现(xiàn)它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的(de)力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有(yǒu)引力定律进行计算，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220千米/秒的速度围绕(rào)银河(hé)系旋转，这(zhè)个实(shí)际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上这(zhè)种向(xiàng)心加(jiā)速度的原因很可(kě)能就是(shì)存(cún)在着一种我们看不到(dào)的物(wù)质，是这(zhè)些暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗(àn)物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不(bù)是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度(dù)上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文学家还发现(xiàn)了(le)一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量(liàng)却只有银(yín)河系(xì)的(de)千(qiān)分(fēn)之一。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该(gāi)星(xīng)系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进(jìn)的望远镜(jìng)对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时(shí)的详细测(cè)量之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒(héng)星运(yùn)动是(shì)可(kě)以用正常的物质和力学定律(lǜ)来(lái)解(jiě)释的(de)。那(nà)么又有(yǒu)人(rén)提(tí)出，也许该(gāi)星系的暗(àn)物质，已(yǐ)经被(bèi)附近(jìn)的(de)另一个(gè)大星系剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系(xì)存在。造(zào)成这(zhè)些现象的(de)除了(le)暗物(wù)质的假说之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不(bù)够全(quán)面，引力很(hěn)可能(2l是多少斤 2l是多少kgnéng)在不同(tóng)尺度空(kōng)间中的(de)工作(zuò)方式是不同的(de)，这意味(wèi)着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体会(huì)沿着它(tā)们(men)的轨(guǐ)道，按(àn)照我们所(suǒ)理解的方式运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的(de)相互(hù)作用则是不同的方式。对(duì)于在星系团(tuán)之间(jiān)的相互作用，科学家还引入(rù)了(le)外部场(chǎng)效应的概(gài)念，指的是在数百万光年(nián)的规(guī)模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的(de)效果，这(zhè)个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立(lì)，这意味(wèi)着我(wǒ)们需(xū)要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也(yě)让很(hěn)多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物(wù)质存在的其他的(de)理(lǐ)论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的(de)“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞的星系(xì)团(tuán)所组(zǔ)成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普(pǔ)通(tōng)质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低(dī)。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团大部分的(de)质量将位(wèi)于所有这些(xiē)气体(tǐ)所在(zài)的中间区域(yù)。那么我们通过什么来(lái)验证它的质量(liàng)区(qū)域(yù)到(dào)底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大(dà)的形(xíng)变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了(le)什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和(hé)我们地球(qiú)上的观(guān)测者之间(jiān)。被一个(gè)质(zhì)量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量的东西的引力，会(huì)使身(shēn)后更遥远星系(xì)的(de)光都发生了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是(shì)引力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们(men)对子弹(dàn)星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量区域并不(bù)是在中间(jiān)，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是(shì)当星团(tuán)发(fā)生(shēng)全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测到(dào)的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则(zé)直接通过了这个区域，并在(zài)两(liǎng)边(biān)形成了引力(lì)透镜(jìng)。对(duì)子弹星系团(tuán)的(de)引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今(jīn)为(wèi)止最(zuì)好的理论(lùn)证(zhèng)据。

除(chú)此之外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在(zài)宇(yǔ)宙当中了(le)。经过了130多亿年(nián)之(zhī)后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留(liú)下了(le)各相同性(xìng)的微波(bō)辐(fú)射。其中(zhōng)红色(sè)的(de)部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域(yù)，但实际上它们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科学(xué)家们通(tōng)过对前景背景分(fēn)离(lí)后的(de)二值图(tú)像(xiàng)进行连通域提(tí)取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该(gāi)是这(zhè)样(yàng)的，而随(suí)着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小，才(cái)变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐(fú)射的(de)测量值(zhí)，我们需要的暗物质(zhì)大约(yuē)是(shì)普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要的暗(àn)物质比例是一致的(de)。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的理论(lùn)框(kuāng)架，就(jiù)很好地(dì)解释了很多不同的观(guān)测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物(wù)质存在(zài)的实际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不(bù)同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也(yě)不相同。在(zài)过去的几十(shí)年当(dāng)中，人类为了寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸不到，几乎(hū)不会(huì)与常规物质相互(hù)作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何(hé)实质(zhì)性(xìng)的(de)发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最大的地学(xué)实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻(xún)找暗物质粒(lì)子的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观(guān)测到了某种信号。经(jīng)过(guò)了20多年(nián)的数据(jù)收集(jí)，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在(zài)每年的(de)6月份达(dá)到峰(fēng)值(zhí)，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类发(fā)现暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性(xìng)的年(nián)度(dù)信号(hào)呢？刚(gāng)才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行(xíng)移动(dòng)，那(nà)么如(rú)果暗物质(zhì)存(cún)在(zài)宇宙当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们(men)也在以这样的(de)速(sù)度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的(de)时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河(hé)系的方向是一致(zhì)的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的(de)方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上(shàng)地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系(xì)相对(duì)银河系的平面呈(chéng)现了(le)60度的(de)倾斜(xié)，但是(shì)这(zhè)并不影响这个理论的(de)有效性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来(lái)解释，研究(jiū)人员们所观测到的周期(qī)性(xìng)信号。当然也可能(néng)有(yǒu)其他的情况，造(zào)成这种年(nián)度周期信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数(shù)量(liàng)也符合这个周期的(de)规律(lǜ)。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在(zài)南半球建立了(le)一个几乎相同(tóng)的实验室，这(zhè)里的季节与之前的(de)实验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和(hé)第一(yī)个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的(de)非(fēi)常有力的证据(jù)了。但(dàn)是(shì)由(yóu)于这(zhè)个(gè)实验室刚刚建成不久，所以(yǐ2l是多少斤 2l是多少kg)截至(zhì)目前还无法提供相应的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提(tí)供的(de)视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远镜其中一(yī)个(gè)关(guān)键(jiàn)的用(yòng)途就(jiù)是(shì)探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于(yú)探测(cè)的结(jié)果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待(dài)了(le)。费米实验室(shì)粒(lì)子(zi)天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有(yǒu)可能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗(àn)物质(zhì)效(xiào)应，会支持宇宙当(dāng)中生命的(de)诞(dàn)生，或者说是生命进(jìn)化的(de)一个重要因素。

如(rú)果(guǒ)这一(yī)理论得到(dào)进(jìn)一步的证实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会不会意味着(zhe)人类(lèi)并不孤单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)某个(gè)角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是(shì)要先找到暗物质存(cún)在的实(shí)际(jì)证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉(jué)得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新(xīn)的(de)动力！

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