宇宙是“人为(wèi)制造(zào)”的(de)？为(wèi)何会存在科学无法解释(shì)的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们在过去(qù)的几(jǐ)十(shí)年(nián)当(dāng)中进行了超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现任何(hé)的有(yǒu)效证(zhèng)据(jù)。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万(wàn)有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示(shì)了(le)宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往后的(de)几百年来(lái)，当(dāng)天文(wén)学家们发现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨道(dào)出现异(yì)常，不符合(hé)万有引力定(dìng)律的时候，他们(men)就会(huì)知道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知(zhī)的天体(tǐ)通过(guò)引力在(zài)摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道(dào)的异常，推(tuī)算并且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都(dōu)是(shì)应用万有引力定(dìng)律所取得重(zhòng)大天文成就(jiù)的(de)例子。但是这(zhè)些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们上升(shēng)到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量(liàng)。这是一个(gè)由数千个(gè)星系(xì)所组成的(de)巨大星(xīng)系(xì)团(tuán)，这些星系被(bèi)引力束缚在一(yī)起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到(dào)两种方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的(de)数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种(zhǒng)是动力(lì)学质(zhì)量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系(xì)相对于星系团(tuán)的(de)运动(dòng)速度(dù)。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是(shì)“光(guāng)度学质(zhì)量”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后发座(zuò)星系(xì)团有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的(de)质量并不(bù)以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量(liàng)速(sù)度的(de)过程(chéng)中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系团(tuán)中(zhōng)很多星系的(de)速(sù)度(dù)比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生(shēng)的引力是(shì)无法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应(yīng)该被(bèi)抛(pāo)出星系团之外了，除(chú)非有(yǒu)一种神秘(mì)的力量在起(qǐ)作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不(bù)可(kě)见的暗质，它(tā)不发(fā)散光、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它们却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是(shì)当时(shí)的人们对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个(gè)词(cí)才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在观(guān)测(cè)仙女座星系中的(de)恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的(de)恒星(xīng)在其(qí)轨道(dào)上的运(yùn)行速度就会越慢(màn)。但(dàn)是他们(men)观(guān)测的结果却(què)让人感(gǎn)到(dào)不(bù)可思(sī)议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离(lí)的增(zēng)加，恒(héng)星的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度几(jǐ)乎保持不变。可是(shì)根据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力定律，在星系(xì)当中如果(guǒ)没有足够大的(de)质量来(lái)吸引它(tā)们，这些外(wài)围的恒(héng)星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来(lái)解释暗物(wù)质的存在，这种方法就是测(cè)量星(xīng)系当(dān37码鞋内长是多少厘米，37码鞋子内长是多少cmg)中气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转速(sù)度。如果出现异常的(de)结(jié)果(guǒ)，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质(zhì)的力(lì)量进(jìn)入其中。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测量了距离星(xīng)系(xì)中(zhōng)心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋(xuán)转速(sù)度并(bìng)不符合(hé)牛顿的力学(xué)定(dìng)律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河(hé)系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万(wàn)有引力(lì)定律进(jìn)行(xíng)计算，太(tài)阳系的(de)运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银河(hé)系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理(lǐ)论(lùn)速度，那么(me)产生以上(shàng)这种向(xiàng)心加速度的原因很可(kě)能(néng)就是(shì)存(cún)在(zài)着一种(zhǒng)我们(men)看(kàn)不到(dào)的物(wù)质，是这些暗(àn)物(wù)质的引力效应将星系聚(jù)集(jí)在了一(yī)起。

也是从这时开始，越(yuè)来(lái)越多的研(yán)究人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质(zhì)的(de)存在(zài)。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以(yǐ)解释(shì)这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也(yě)会(huì)出(chū)现速度(dù)上(shàng)的微小差异。另(lìng)外，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小和银河(hé)系(xì)不(bù)多，但是星系当(dāng)中存(cún)在的恒星(xīng)数(shù)量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科(kē)学家(jiā)们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个(gè)小时的详细测量之后，发(fā)现星系中的恒星(xīng)运(yùn)动是可(kě)以用正常的物质(zhì)和(hé)力学定(dìng)律来解释(shì)的(de)。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附近的(de)另(lìng)一(yī)个大星系剥(bō)离了。奇怪(guài)的是，它的附近没(méi)有(yǒu)任何星(xīng)系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物(wù)质的假说(shuō)之外(wài)，另一种(zhǒng)可能(néng)就是(shì)人类(lèi)对引力的(de)理(lǐ)解(jiě)还(hái)不够全面，引力(lì)很可能在不同尺度(dù)空间中(zhōng)的工(gōng)作(zuò)方式(shì)是(shì)不同的，这(zhè)意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会(huì)沿(yán)着它们的(de)轨道，按(àn)照(zhào)我(wǒ)们所(suǒ)理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和(hé)星团(tuán)的(de)尺(chǐ)度(dù)，引力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是不(bù)同(tóng)的方式。对(duì)于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引(yǐn)入(rù)了外部场效应(yīng)的概念，指的是(shì)在数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊的效果(guǒ)，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需要对现在(zài)的(de)物理定律进行修正(zhèng)，这些发(fā)现也让很多人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关(guān)于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这(zhè)些(xiē)理论证据是(shì)蒙德理论(lùn)所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这(zhè)样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星(xīng)团(tuán)以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的(de)时(shí)候，星际(jì)气体的(de)相(xiāng)互(hù)作用就会导致温(wēn)度(dù)的急(jí)剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那(nà)么我们通过什么来验(yàn)证它的质量区域到底是不是集(jí)中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜(jìng)传回(huí)了(le)宇宙当中第一张全彩的(de)高清(qīng)照片，在照(zhào)片中我们(men)可(kě)以明(míng)显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什(shén)么(me)问题，而是这样极(jí)遥远的天(tiān)体和我们地球上的(de)观测者(zhě)之(zhī)间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的(de)东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个巨大的(de)天体可能是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子(zi)弹星系(xì)团观测(cè)的(de)时候，发现它的大(dà)质量区域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团(tuán)发生(shēng)全(quán)部(bù)的碰撞时(shí)，可被(bèi)观测(cè)到的质量气体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质则直接通过(guò)了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力(lì)透镜(jìng)研究也被(bèi)认为(wèi)是暗物质存在(zài)的(de)迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下了各(gè)相同性(xìng)的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域(yù)，蓝(lán)色(sè)则表示相对较冷的区(qū)域，但实际上(shàng)它们之间(jiān)的温差只有(yǒu)万(wàn)分(fēn)之一(yī)。

科学家们(men)通过对前景背景分(fēn)离后的(de)二值图像进行连通域提(tí)取和标(biāo)记之后(hòu)发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而(ér)随着暗物质的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减小，才(cái)变得看起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背景辐射(shè)的(de)测量值，我(wǒ)们需要的暗(àn)物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系(xì)当中(zhōng)恒(héng)星(xīng)运动(dòng)所需要(yào)的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释(shì)了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着(zhe)某(mǒu)种类型的粒子，它们(men)不参(cān)与任何(hé)其他的(de)电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗物质存在的实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实(shí)验方(fāng)式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科(kē)学家们(men)已(yǐ)经进行了超过50次(cì)的实验(yàn)，却没有任何实(shí)质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯(sī)山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最(zuì)大的地学(xué)实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学家声称观测到了某种信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一(yī)样。一(yī)些(xiē)科(kē)学家认为这可(kě)能(néng)是人类发现暗物质的(de)第(dì)一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期(qī)性(xìng)的年(nián)度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河(hé)系进行移动(dòng)，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也(yě)在以(yǐ)这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会(huì)产(chǎn)生(shēng)相应的(de)振荡，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系的方(fāng)向是一致(zhì)的(de)，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质(zhì)流最(zuì)快的时(shí)段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实(shí)际(jì)的情(qíng)况中，太(tài)阳系(xì)相(xiāng)对银(yín)河(hé)系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不影(yǐng)响这个理论的有效(xiào)性。

因此科(kē)学(xué)家认为这可(kě)以用(yòng)来解释，研究人(rén)员们所观测(cè)到的(de)周期性信(xìn)号。当然也可能(néng)有其他(tā)的情况(kuàng)，造成这种年(nián)度周期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符合这(zhè)个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立(lì)了一个几乎相同的实验室，这里的(de)季节与之(zhī)前(qián)的(de)实验室正好相反，而(ér)在(zài)这里，地(dì)球穿过(guò)暗物质流的运动特征和(hé)第一个(gè)实(shí)验室是一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了(le)。但(dàn)是由于(yú)这(zhè)个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相应的(de)数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远(yuǎn)镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃(bó)望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个(gè)关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科(kē)学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物(wù)质存在(zài)，它们(men)极(jí)有可能拥有另(lìng)一(yī)种神秘(mì)的效应，这种暗物质效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生(shēng)命(mìng)进化的一(yī)个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落(luò)的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存(cún)在(zài)的(de)实(shí)际证据(jù)。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到(dào)底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你的(de)支持是(shì)我更新(xīn)的动(dòng)力！

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