宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的(de)？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)进行(xíng)了超(chāo)过50次(cì)的长(zhǎng)期(qī)实验，但是却(què)没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲(zhé)学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运(yùn)动的(de)规律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天(tiān)体运行轨道出现异常(cháng)，不符合(hé)万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律的时候，他们(men)就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知的天(tiān)体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发(fā)现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万(wàn)有引力定(dìng)律所取得重(zhòng)大(dà)天(tiān)文成就的例(lì)子(zi)。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上(shàng)升到(dào)星系或(huò)者是星(xīng)团(tuán)的尺度(dù)，事(shì)情就开始变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正在(zài)研究和(hé)测量(liàng)后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成(chéng)的巨(jù)大星(xīng)系团，这些星系(xì)被引力束缚(fù)在(zài)一起。测量星系团的(de)质(zhì)量一般会使(shǐ)用到两(liǎng)种方(fāng)法，当两种方法结果一(yī)致(zhì)，就可以确(què)定其质量的范围。

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

第二种是(shì)动(dòng)力学质(zhì)量(liàng)的计算，是利(lì)用光谱(pǔ)红移(yí)测量星(xīng)系团中的各个星(xīng)系相对于星系团(tuán)的(de)运动速度。当测(cè)量结果出来(lái)之后(hòu)，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失(shī)了，或者说(shuō)这99%的质量并不(bù)以可见(jiàn)光的(de)形式所存(cún)在，我们无(wú)法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团中很(hěn)多(duō)星系的速度比理(lǐ)论上要(yào)快得多，按(àn)照牛顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产(chǎn)生(shēng)的引力是无法将它们(men)束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了(le)这样(yàng)部分不可见的暗质，它(tā)不(bù)发散(sàn)光、吸(xī)光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是(shì)当时的人们(men)对这样(yàng)的一种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特(tè)福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度就会(huì)越慢(màn)。但是他们观测的(de)结(jié)果却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的质(zhì)量(liàng)来(lái)吸引它们(men)，这些外围的(de)恒(héng)星早就被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们(men)会使用一种相(xiāng)对(duì)标准的(de)方(fāng)法来(lái)解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测(cè)量星(xīng)系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的(de)距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为(wèi)是(shì)由暗物质的力(lì)量(liàng)进入其(qí)中。

于(yú)是科(kē)学家们通(tōng)过(guò)射电望远镜测(cè)量了距离星系(xì)中心(xīn)更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们(men)的太阳(yáng)系也不(bù)例(lì)外，太阳系位于银河系的(de)第三(sān)悬臂之(zhī)上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳系(xì)正在以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银河系旋转，这(zhè)个(gè)实(shí)际速度远远大于(yú)理论速(sù)度，那(nà)么产生以上这种向心(xīn)加速度的原因很可能就是存在着(zhe)一种我(wǒ)们看不到的(de)物质(zhì)，是这(zhè)些(xiē)暗物(wù)质(zhì)的引力效(xiào)应将星系聚(jù)集在了(le)一(yī)起。

也是从(cóng)这时开始，越来(lái)越多的研究人(rén)员开始相(xiāng)信暗(àn)物质的存(cún)在。科学家根据(jù)星(xīng)系外恒星(xīng)轨(guǐ)道(dào)的(de)速度，估算在星系当中暗(àn)物质(zhì)的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新(xīn)的(de)研(yán)究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上(shàng)的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文(wén)学(xué)家还(hái)发现了一个反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析(xī)。但是科学家们使(shǐ)用(yòng)最先进的望远镜(jìng)对其(qí)进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发(fā)现星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常(cháng)的物(wù)质和力(lì)学(xué)定律(lǜ)来解释的。那(nà)么又(yòu)有人提出，也(yě)许该(gāi)星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星(xīng)系剥(bō)离了(le)。奇怪的是(shì)，它(tā)的(de)附近(jìn)没有(yǒu)任何星系存在(zài)。造(zào)成(chéng)这些现(xiàn)象(xiàng)的除了(le)暗物质的假说之外，另一(yī)种可能(néng)就是人(rén)类对引力的理解还不够全面，引力很可能(néng)在不同尺度(dù)空间中(zhōng)的工作(zuò)方(fāng)式是不同(tóng)的，这意(yì)味着(zhe)在行星(xīng)系(xì)尺度(dù)中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们的轨道(dào)，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是(shì)上升到星系和星团的(de)尺度，引力之(zhī)间的相互作(zuò)用则是不同(tóng)的方式。对于在星(xīng)系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了(le)外(wài)部场效应(yīng)的(de)概念，指的是在数百万光年(nián)的规模(mó)上，巨(jù)大的质量之(zhī)间(jiān)会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这(zhè)个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要(yào)对现在的物理定律进行修正，这些发现也(yě)让很多(duō)人(rén)认为暗物(wù)质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为(wèi)37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星(xīng)系团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样的(de)星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系(xì)的(de)气体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作(zuò)用就会导致(zhì)温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这些气体所在的中间(jiān)区域(yù)。那么(me)我们(men)通(tōng)过什么来验(yàn)证它的质量(liàng)区域到底是不是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全(quán)彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看(kàn)到(dào)很多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了(le)巨大的形变(biàn)。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而(ér)是这样极遥远的天体和我(wǒ)们(men)地球上的观测(cè)者之间(jiān)。被(bèi)一个质量超级巨大(dà)的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的光都发生了(le)扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的(de)天体可能是(shì)超大质(zhì)量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当人们(men)对子(zi)弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是(shì)在中间，而是在(zài)两(liǎ15mm等于多少厘米 15mm等于多少微米ng)侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方法(fǎ)就(jiù)是当星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗(àn)物(wù)质则直接(jiē)通过了这(zhè)个区域，并(bìng)在(zài)两边形成了(le)引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团(tuán)的引力透镜研(yán)究也被认(rèn)为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证据。

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除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最(zuì)古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经过了(le)130多(duō)亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上(shàng)留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较高的(de)区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的(de)温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连(lián)通(tōng)域提取(qǔ)和(hé)标(biāo)记之(zhī)后发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度(dù)会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们(men)需(xū)要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗(àn)物质比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个(gè)简单(dān)的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而(ér)暗物质的(de)本质就是(shì)宇宙当中存在(zài)着某种类型(xíng)的粒子(zi)，它们不(bù)参与任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如(rú)果能(néng)够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的(de)实际证据。这(zhè)种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出(chū)了数(shù)十种(zhǒng)的假想目(mù)标，而(ér)要寻找这些不同的(de)目标粒(lì)子所(suǒ)需要的实(shí)验方(fāng)式也不相同。在过去的几(jǐ)十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们(men)已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了一(yī)个地方，意(yì)大(dà)利的格(gé)兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下(xià)1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器(qì)，一直致力于(yú)寻找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里(lǐ)的科学家(jiā)声(shēng)称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是(shì)一样。一些(xiē)科学(xué)家认为(wèi)这可能是人(rén)类发(fā)现暗(àn)物(wù)质(zhì)的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕着(zhe)银(yín)河系进(jìn)行移(yí)动，那么如果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们(men)也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生(shēng)相(xiāng)应的(de)振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一致(zhì)的，而另外半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而在6月份(fèn)的时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的(de)方向(xiàng)正好达到完全(quán)一致，这是理论上地球(qiú)穿越(yuè)暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河(hé)系的平(píng)面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为这(zhè)可以用来解释，研(yán)究人员们(men)所(suǒ)观测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其他(tā)的(de)情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也可能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量(liàng)也符合这个周期(qī)的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个(gè)几乎(hū)相(xiāng)同(tóng)的(de)实验室(shì)，这(zhè)里的季节与之前(qián)的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的(de)运动特(tè)征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得到相同的(de)信号，就(jiù)可(kě)以(yǐ)成为暗(àn)物(wù)质所存在的非常有力(lì)的证据了。但(dàn)是由于这(zhè)个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还无(wú)法(fǎ)提供相应的数据支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太(tài)空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相同(tóng)，但它的(de)宽(kuān)视(shì)场仪器提(tí)供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜其(qí)中一个关键的(de)用(yòng)途就(jiù)是探索(suǒ)暗(àn)物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭(shì)目以待(dài)了。费(fèi)米(mǐ)实(shí)验(yàn)室(shì)粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存(cún)在(zài)，它(tā)们(men)极有可能(néng)拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的(de)诞生，或者(zhě)说是生命(mìng)进化的一(yī)个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进(jìn)一步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的(de)暗物质会不会意(yì)味着人类并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个(gè)角落(luò)的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗(àn)物质存在(zài)的实(shí)际证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你(nǐ)们觉(jué)得(dé)暗(àn)物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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