宇宙是“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何(hé)会存(cún)在科(kē)学无法解(jiě)释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证据(jù)，科(kē)学家们在过去的(de)几十(shí)年当中进行了超(chāo)过(guò)50次的长期实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的(de)自然哲(zhé)学(xué)数学原理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭示(shì)了(le)宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的(de)规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不符(fú)合(hé)万有引力定律的时候，他(tā)们就(jiù)会知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用(yòng)万有(yǒu)引(yǐn)力定律所取得(dé)重(zhòng)大(dà)天文(wén)成就(jiù)的例子。但是这些(xiē)发现都是(shì)在(zài)恒(héng)星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系(xì)或者(zhě)是(shì)星团(tuán)的尺度，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基(jī)正在(zài)研究和(hé)测量后发星(xīng)系(xì)团的质量。这是(shì)一个由数(shù)千个(gè)星系所组成的(de)巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束(shù)缚在一(yī)起(qǐ)。测(cè)量星系团(tuán)的(de)质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方法结果一(yī)致(zhì)，就(jiù)可以确定其(qí)质量的范围(wéi)。

第一种是获得(dé)其"光度(dù)学(xué)的(de)质量"，需要的数(shù)据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力(lì)学质量的计算(suàn)，是(shì)利用光(guāng)谱红移测量(liàng)星(xīng)系团中的(de)各个星系相对于星(xīng)系团的运(yùn)动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并(bìng)不以可见光的(de)形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系(xì)的(de)速度(dù)比理论上要快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的(de)运动(dòng)学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的(de)质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除(chú)非有一种(zhǒng)神秘的力量在(zài)起(qǐ)作(zuò)用，这种力量来(lái)源于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这样部分不(bù)可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大(dà)部(bù)分的质(zhì)量(liàng)。只是当时的(de)人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福特(tè)在观测仙(xiān)女座星系(xì)中的恒星(xīng)运动。理论上来说(shuō)，距离中心越(yuè)远的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让(ràng)人感到不可(kě)思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度几乎保(bǎo)持不变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的(de)万有引力定律，在星(xīng)系当中如(rú)果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们(men)，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学(xué)家们会(huì)使用(yòng)一(yī)种(zhǒng)相对(duì)标准的方(fāng)法来解释暗(àn)物质的(de)存在，这种方法就(jiù)是(shì)测量(liàng)星系当(dāng)中气体在X轴上距离星(xīng)系中(zhōng)心的距(jù)离，以及在Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转速度(dù)。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的(de)力量(liàng)进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科学(xué)家们通(tōng)过(guò)射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系(xì)的第(dì)三悬臂之上，距(jù)离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有引力(lì)定律进行计算(suàn)，太(tài)阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心(xīn)加速度(dù)的(de)原因很可能就是存在着一(yī)种(zhǒng)我们(men)看不到的(de)物质，是(shì)这(zhè)些(xiē)暗物质的(de)引力效应将星系聚(jù)集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多(duō)的研究人员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家(jiā)根据(jù)星(xīng)系(xì)外恒星轨道(dào)的速度，估算在星(xīng)系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并不(bù)是(shì)唯(wéi)一可以解释这(zhè)个现象的原因。在(zài)一项新的研究(jiū)当中，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出(chū)现速度上的(de)微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学家还发(fā)现了一个(gè)反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是星系当中存(cún)在(zài)的恒星数量却只(zhǐ)有银河(hé)系的千(qiān)分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在(zài)暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对其(qí)进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的(de)恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用(yòng)正常的物质和力(lì)学(xué)定(dìng)律来解释的。那么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物质(zhì)，已经(jīng)被(bèi)附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它(tā)的附(fù)近没(méi)有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不(bù)够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能在不(bù)同尺(chǐ)度空间中的工(gōng)作方式是不(bù)同的，这意(yì)味(wèi)着(zhe)在行星系(xì)尺度中的天(tiān)体会沿(yán)聚酯纤维对人体有害吗 聚酯纤维是塑料吗着它(tā)们的(de)轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但(dàn)是上升到星(xīng)系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力之间的相互(hù)作用则是不同(tóng)的(de)方式(shì)。对于在星系团之间的相(xiāng)互(hù)作用，科(kē)学家还引入(rù)了外部场效应的(de)概念，指的是在数百万(wàn)光年(nián)的规(guī)模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的(de)效果，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味(wèi)着我们(men)需要对现(xiàn)在的物理定(dìng)律进行修正，这些发(fā)现也(yě)让(ràng)很(hěn)多人认为暗物(wù)质假说理论就此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当中还有(yǒu)关于暗物(wù)质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德(dé)理论所没(méi)法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的(de)星团，它(tā)们大部分的(de)普通质量都在(zài)星系的(de)气体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于(yú)所有这些(xiē)气体所在(zài)的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来(lái)验(yàn)证它的质量(liàng)区(qū)域到(dào)底是(shì)不是集(jí)中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形(xíng)变。其实(shí)这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和(hé)我们(men)地球(qiú)上的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系(xì)的(de)光都发生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超大(dà)质量的(de)黑洞(dòng)或者是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人们(men)对子(zi)弹星系团(tuán)观测的时候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并不(bù)是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的(de)解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测(cè)到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过(guò)了这个区(qū)域(yù)，并在两边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可(kě)见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后的二(èr)值图像(xiàng)进行连通域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不应该是(shì)这(zhè)样的，而随着暗物质(zhì)的增(zēng)加(jiā)，一些峰值的(de)幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们需要的暗(àn)物(wù)质大(dà)约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运动所需要(yào)的(de)暗物质比例(lì)是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单(dān)的(de)理论框架，就很(hěn)好地解释了(le)很(hěn)多不(bù)同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就(jiù)是(shì)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们已经提(tí)出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所需(xū)要的(de)实验方(fāng)式也不(bù)相同。在过去的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学(xué)家们(men)已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次(cì)的实验，却没(méi)有任何实质性的发(fā)现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地(dì)下(xià)矿井当中，藏着地(dì)球上最大(dà)的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层(céng)楼高(gāo)的探测(cè)器，一(yī)直致力(lì)于寻找暗物(wù)质粒(lì)子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的(de)科学家声称观(guān)测到(dào)了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多(duō)年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然后在11月降到(dào)最低，而(ér)且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为这可能是人类发现暗(àn)物(wù)质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生(shēng)周(zhōu)期性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕着银河(hé)系(xì)进行移(yí)动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生相应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的(de)时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太(tài)阳环绕(rào)银河(hé)系的方向是(shì)一(yī)致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月(yuè)份的时(shí)候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向(xiàng)正(zhèng)好达到(dào)完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越(yuè)暗物(wù)质流最快的时(shí)段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银(yín)河系的平面呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是这(zhè)并不影响这(zhè)个理论的(de)有效性。

因(yīn)此(cǐ)科(kē)学家(jiā)认为这可以用(yòng)来解释，研(yán)究人员们所观测到的(de)周期性信号。当然(rán)也可能有其他(tā)的情况，造成这种(zhǒng)年(nián)度周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连(lián)意(yì)大利(lì)游(yóu)客的(de)数量也符合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家(jiā)们又在南半球建立(lì)了一(yī)个(gè)几乎相(xiāng)同(tóng)的实(shí)验室，这里的季节(jié)与(yǔ)之前的实验室正好相(xiāng)反，而(ér)在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果在这里(lǐ)可(kě)以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截至目(mù)前还无法提(tí)供(gōng)相应的数据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是(shì)探(tàn)索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的(de)结果，我(wǒ)们(men)只能(néng)拭目以(yǐ)待(dài)了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科(kē)学家(jiā)丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特(tè)芬(fēn)研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗(àn)物(wù)质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应(yīng)，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中生命的(de)诞生，或者说(shuō)是生(shēng)命(mìng)进化(huà)的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的(de)证实(shí)，那么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物质会不会意(yì)味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行(xíng)星上，暗物(wù)质正在通过这样的效(xiào)应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们(men)觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新(xīn)的动力！

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