宇宙是“人为制造(zào)”的(de)？为何会存(cún)在科学无法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类(lèi)为了寻找暗物(wù)质存在的证据(jù)，科学家们在(zài)过去(qù)的几十(shí)年当中(zhōng)进行了(le)超过50次的(de)长期实验，但是却没(méi)有发现任何(hé)的有效证据。除了一个(gè)地(dì)方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发(fā)表了万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文(wén)学家们(men)发(fā)现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知的(de)天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就(jiù)通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是(shì)应用(yòng)万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是(shì)在恒星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可当我们(men)上升到(dào)星系(xì)或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研究和测量后(hòu)发(fā)星(xīng)系(xì)团(tuán)的质量(liàng)。这是一个由数千(qiān)个星(xīng)系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星(xīng)系(xì)被引力束缚在一起。测量(liàng)星系(xì)团的质(zhì)量一般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法结(jié)果一致，就可以确(què)定其质(zhì)量(liàng)的范围(wéi)。

第(dì)一(yī)种是获得其"光度(dù)学的(de)质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的各个(gè)星(xīng)系(xì)相对(duì)于(yú)星系(xì)团(tuán)的运动速度(dù)。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量”的(de)400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发座(zuò)星(xīng)系(xì)团有99%的质(zhì)量(liàng)消失(shī)了(le)，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的(de)速(sù)度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些(xiē)可(kě)见星系的质(zhì)量(liàng)所产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛(pāo)出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的力量(liàng)在起作(zuò)用，这种力量来源于(yú)某种隐形(xíng)的物(wù)质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了(le)这样部分不(bù)可见的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是(shì)它们却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的(de)人们对这样的一种(zhǒng)说法不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词才再一(yī)次出(chū)现。天文学家维反醒和反省有什么不同之处，反醒和反省的区别拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯(kěn)特福特在观测仙女座(zuò)星系(xì)中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨道上的(de)运(yùn)行速(sù)度就会越慢(màn)。但是他们(men)观测的结果却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的(de)增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不变。可(反醒和反省有什么不同之处，反醒和反省的区别kě)是根据(jù)牛顿(dùn)的万有引力定律(lǜ)，在(zài)星(xīng)系当中如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的(de)恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学家们会使(shǐ)用(yòng)一种相(xiāng)对标(biāo)准的方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测(cè)量星系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离(lí)星(xīng)系中(zhōng)心(xīn)的距离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的(de)旋转速度。如(rú)果出现异(yì)常的结(jié)果(guǒ)，就(jiù)认为是由(yóu)暗物质的力量进(jìn)入其中。

于(yú)是科学(xué)家(jiā)们通过射电望远镜测量了距离星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们(men)的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳系位于银河系(xì)的第三(sān)悬臂之(zhī)上，距(jù)离(lí)银河(hé)系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种向心加(jiā)速度(dù)的原(yuán)因很可能就是存在着一(yī)种我们看不到的物质，是(shì)这些暗物质的(de)引(yǐn)力(lì)效应将星(xīng)系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多(duō)的研究(jiū)人(rén)员(yuán)开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量(liàng)占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不(bù)是唯一可以解释这个现象的(de)原因。在(zài)一项新的(de)研(yán)究当(dāng)中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会出(chū)现速(sù)度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但(dàn)是(shì)星系当中存在的恒星数量(liàng)却(què)只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星(xīng)系必须存在暗物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是(shì)科(kē)学家们使用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时(shí)的详(xiáng)细测量(liàng)之后，发现星系中的(de)恒(héng)星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释(shì)的。那么又有人(rén)提出(chū)，也许该(gāi)星系的暗(àn)物质，已经被附近的另(lìng)一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附(fù)近没有任何星系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类(lèi)对引(yǐn)力的(de)理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能(néng)在不同尺度(dù)空(kōng)间中的工作方式是不同(tóng)的(de)，这意(yì)味着在行(xíng)星(xīng)系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按(àn)照(zhào)我们所(suǒ)理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和(hé)星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相互(hù)作用(yòng)则是不同的方(fāng)式。对(duì)于在星系团(tuán)之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入(rù)了外(wài)部(bù)场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光年的(de)规(guī)模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特(tè)殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们(men)需要对现在的物理定律进行修正，这(zhè)些(xiē)发现也让很多(duō)人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关(guān)于暗物质(zhì)存(cún)在的其(qí)他的理论证据，这(zhè)些理论证据(jù)是蒙(méng)德理论所没(méi)法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星(xīng)系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们大(dà)部分(fēn)的(de)普通质(zhì)量都(dōu)在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在(zài)理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星系团(tuán)大(dà)部分的(de)质量(liàng)将位于所有这些气(qì)体所在的中间区(qū)域。那(nà)么我们通过什(shén)么来验(yàn)证它(tā)的质量区域到(dào)底是(shì)不是集(jí)中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们(men)可以明(míng)显地看(kàn)到(dào)很多(duō)星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并不是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这(zhè)样极(jí)遥远的(de)天体和我们地球上的观(guān)测者(zhě)之(zhī)间。被一个质量超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超(chāo)大质量的(de)东(dōng)西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的(de)光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团(tuán)观测的时(shí)候，发(fā)现(xiàn)它的大质量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最(zuì)好(hǎo)的解(jiě)释方法就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在(zài)两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力(lì)透镜研(yán)究也被认为是暗物质存(cún)在的(de)迄(qì)今为止最好的理(lǐ)论(lùn)证据(jù)。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终(zhōng)于(yú)可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿(yì)年(nián)之后，这些光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留下了(le)各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色(sè)的部分(fēn)表(biǎo)示(shì)温度较高(gāo)的区(qū)域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但实(shí)际上它们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景(jǐng)背景(jǐng)分(fēn)离后(hòu)的二值图像进(jìn)行(xíng)连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形(xíng)看起来不应该是(shì)这样的，而随(suí)着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度(dù)会(huì)减(jiǎn)小，才变得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动(dòng)所需要(yào)的(de)暗物质比例(lì)是一致的。这(zhè)就意味着。

用了(le)一个简单(dān)的理论框架，就(jiù)很(hěn)好(hǎo)地解释(shì)了(le)很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他(tā)的(de)电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的存在，就(jiù)相当(dāng)于(yú)找到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒(lì)子到(dào)底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些不(bù)同(tóng)的目(mù)标(biāo)粒子(zi)所需要的实验(yàn)方(fāng)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，几乎不会(huì)与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行(xíng)了超过50次(cì)的实验，却(què)没有任何实(shí)质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个地(dì)方，意(yì)大利的格兰(lán)萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大(dà)的地学(xué)实(shí)验(yàn)室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探(tàn)测(cè)器，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科(kē)学家声称观测到(dào)了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣(qù)的(de)事情。探测率会(huì)在每年的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降到(dào)最低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年都是(shì)一(yī)样。一些(xiē)科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗(àn)物质的第一个直接证据(jù)。

但是为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220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着(zhe)我们(men)也(yě)在以这样的(de)速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的(de)时间，地(d反醒和反省有什么不同之处，反醒和反省的区别ì)球(qiú)围(wéi)绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一致的(de)，而另外半年则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳(yáng)的方(fāng)向正(zhèng)好达到(dào)完全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了(le)最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是(shì)这并不影响这个理(lǐ)论(lùn)的(de)有效(xiào)性(xìng)。

因此科(kē)学家认(rèn)为这可以(yǐ)用来解(jiě)释，研究(jiū)人员(yuán)们所观测(cè)到(dào)的周期性(xìng)信号。当然也(yě)可能(néng)有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周(zhōu)期信号的(de)差(chà)异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利(lì)游客的数量也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里(lǐ)的(de)季节与之前(qián)的实验(yàn)室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动(dòng)特征和第(dì)一个实(shí)验室是一样的。

因此，如(rú)果在这(zhè)里可以得到相(xiāng)同的(de)信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的(de)非常有力(lì)的证(zhèng)据了。但是由(yóu)于这个(gè)实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应(yīng)的数据(jù)支(zhī)持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的(de)宽视(shì)场仪器(qì)提(tí)供的视(shì)野是哈(hā)勃(bó)红外仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键的用途(tú)就是探索暗(àn)物质背后的(de)奥秘，对于探测的结(jié)果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待了。费米实(shí)验室(shì)粒(lì)子天体物理中心的(de)科(kē)学家丹(dān)琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生命的(de)诞生(shēng)，或者说是(shì)生命进化的(de)一个重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步(bù)的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人(rén)类(lèi)并不(bù)孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙当中某(mǒu)个角落的(de)行星上，暗(àn)物(wù)质正(zhèng)在(zài)通过这样的效应创造(zào)生命。当然，这(zhè)些(xiē)推论的大前提是要先找到暗(àn)物质(zhì)存在的(de)实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持是我更新的(de)动(dòng)力！

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