宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何(hé)会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科(kē)学家们在过去(qù)的(de)几十年当中(zhōng)进行(xíng)了超过50次的长期实验，但(dàn)是(shì)却没有发现任何的有效(xiào)证据(jù)。除了一个(gè)地方(fāng)，在1687年(nián)出版(bǎn)的(de)自(zì)然哲学数(shù)学原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运(yùn)动的规(guī)律。往后的几百年来(lái)，当天文(wén)学家(jiā)们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不(bù)符合(hé)万有引力(lì)定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通过天王星运行轨道的(de)异常，推算并(bìng)且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发(fā)现(xiàn)都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系或(huò)者是星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在(zài)研(yán)究和(hé)测量后发星系团(tuán)的质量。这是一(yī)个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大(dà)星系(xì)团，这(zhè)些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量(liàng)一(yī)般(bān)会使用到两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)，当(dāng)两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一致，就可以(yǐ)确定其(qí)质(zhì)量的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是(shì)获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计(jì)算，是利用光(guāng)谱红移测量星系(xì)团中(zhōng)的各个(gè)星系相对于星系团的运(yùn)动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者说这99%的质(zhì)量并不(bù)以可见光的形(xíng)式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中很(hěn)多星系的(de)速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的(de)质量(liàng)所产生(shēng)的引力(lì)是无法将它们(men)束缚在(zài)星一立方米等于多少立方毫米怎么算，一立方米等于多少立方毫米分米系团(tuán)内的，它们早(zǎo)就应该被抛(pāo)出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的(de)力量在起(qǐ)作(zuò)用，这(zhè)种力(lì)量来源于(yú)某种隐形的(de)物质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出了(le)这样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中(zhōng)绝(jué)大部分的质量。只是当(dāng)时的(de)人们对这(zhè)样(yàng)的(de)一(yī)种说法不屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才(cái)再(zài)一次(cì)出现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中(zhōng)的(de)恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越(yuè)远的(de)恒星在其轨道(dào)上的运(yùn)行(xíng)速度就会越慢。但是(shì)他们观(guān)测的(de)结果(guǒ)却让(ràng)人感到不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的(de)旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律，在(zài)星系当(dāng)中如(rú)果没(méi)有(yǒu)足够大的质量(liàng)来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到(dào)宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标(biāo)准的方法来解(jiě)释暗物质的存(cún)在(zài)，这(zhè)种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距(jù)离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗(àn)物质的(de)力(lì)量进入其中。

于是(shì)科学家们通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了(le)距离星系(xì)中心更远距(jù)离的(de)氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并(bìng)不(bù)符合(hé)牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系(xì)也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际(jì)速(sù)度远(yuǎn)远(yuǎn)大(dà)于理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心(xīn)加速度的(de)原因很可能就是存(cún)在(zài)着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不(bù)到的物质(zhì)，是这些(xiē)暗物(wù)质(zhì)的引力效应将星(xīng)系聚(jù)集(jí)在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究(jiū)人员开(kāi)始相信暗物(wù)质(zhì)的存在。科学家(jiā)根据(jù)星系(xì)外恒星轨道的速度，估(gū)算在(zài)星(xīng)系当(dāng)中暗物质(zhì)的(de)质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质(zhì)并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也(yě)会出(chū)现(xiàn)速度上的微小差异。另外(wài)，天(tiān)文学家还发现了一(yī)个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银河系(xì)不多，但是星系当(dāng)中存在(zài)的恒(héng)星数(shù)量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该星系(xì)必(bì)须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进的望远镜对(duì)其进(jìn)行了(le)40个小时的详细(xì)测量之(zhī)后，发现星系(xì)中(zhōng)的(de)恒星运动是可以(yǐ)用(yòng)正常的物(wù)质和力(lì)学(xué)定律来(lái)解释的(de)。那(nà)么(me)又有人提出，也许该星系(xì)的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附(fù)近的另(lìng)一个大(dà)星系剥离(lí)了。奇怪的是(shì)，它的(de)附近没有任(rèn)何(hé)星系(xì)存在(zài)。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的(de)假说之外，另(lìng)一种可能就是(shì)人类对引(yǐn)力的理解还不(bù)够(gòu)全面(miàn)，引力(lì)很可能在不同尺度(dù)空间中(zhōng)的工作方式是不(bù)同(tóng)的，这(zhè)意味(wèi)着在行星系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所理解(jiě)的方(fāng)式运(yùn)动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互(hù)作用(yòng)则是不同(tóng)的方式。对于在星系(xì)团之间(jiān)的(de)相互(hù)作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的概念(niàn)，指的(de)是(shì)在数百万(wàn)光(guāng)年(nián)的(de)规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需(xū)要对现在的(de)物理(lǐ)定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多(duō)人认为暗(àn)物(wù)质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗(àn)物(wù)质存在的其他(tā)的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光年(nián)的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的(de)星团，它(tā)们大部分的普通(tōng)质量(liàng)都在星系的气(qì)体(tǐ)当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相互作(zuò)用就(jiù)会(huì)导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团(tuán)大(dà)部分的质(zhì)量将位于所有这些气体所在的中间区(qū)域(yù)。那么我们通(tōng)过什么来验证它(tā)的质量(liàng)区域到底是(shì)不(bù)是(shì)集中(zhōng)在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在照片中我们可以明(míng)显地(dì)看到(dào)很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身(shēn)并(bìng)不(bù)是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地(dì)球上的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使身(shēn)后更(gèng)遥远星系(xì)的光都发(fā)生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个巨大的(de)天体可能是超大质(zhì)量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子(zi)弹星系团观测(cè)的时(shí)候，发现它的大质量区域并不(bù)是(shì)在中(zhōng)间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时(shí)，可(kě)被观(guān)测到的质量气(qì)体被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质则直接通过(guò)了这(zhè)个区域，并在(zài)两边形(xíng)成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的(de)迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光终(zhōng)于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年(nián)之后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空(kōng)间(jiān)背景上留下了(le)各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区(qū)域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的(de)区域，但(dàn)实(shí)际(jì)上(shàng)它(tā)们之间(jiān)的温(wēn)差(chà)只(zhǐ)有万(wàn)分(fēn)之一。

科(kē)学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进(jìn)行连(lián)通域提取和(hé)标(biāo)记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来不应该(gāi)是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得(dé)看(kàn)起来“和(hé)谐(xié)”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们(men)需要(yào)的暗物质大约(yuē)是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地(dì)解释了(le)很多不(bù)同的观测(cè)结果。而暗物质的本质(zhì)就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力(lì)来相互作用。所以如果能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物质存在的(de)实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提出了数(shù)十(shí)种的假(jiǎ)想(xiǎng)目(mù)标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不(bù)同的目标(biāo)粒子所需(xū)要的实验(yàn)方式也(yě)不相(xiāng)同。在过去(qù)的几十年当(dāng)中，人(rén)类为(wèi)了寻找这些(xiē)看(kàn)不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不(bù)会与常规物质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗物质”，科(kē)学家们(men)已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了(le)一个地(dì)方，意大利(lì)的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗(àn)物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声(shēng)称观测到(dào)了某种(一立方米等于多少立方毫米怎么算，一立方米等于多少立方毫米分米zhǒng)信号(hào)。经过了20多(duō)年的数(shù)据收(shōu)集，人们(men)发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且(qiě)在20年当中每年(nián)都是一(yī)样。一(yī)些科学家认为(wèi)这(zhè)可能是(shì)人类发现(xiàn)暗(àn)物质(zhì)的(de)第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太(tài)阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以(yǐ)这(zhè)样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个(gè)过(guò)程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是(shì)一致(zhì)的(de)，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到(dào)完(wán)全一致，这(zhè)是理论上地球(qiú)穿越(yuè)暗物质流最快的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不影(yǐng)响这个理论的(de)有(yǒu)效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认为这可(kě)以用来解(jiě)释，研究(jiū)人员们(men)所观测到的(de)周(zhōu)期(qī)性信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成(chéng)这种年度周期(qī)信号的差(chà)异也(yě)可能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符(fú)合这个周期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立(lì)了一个几乎相(xiāng)同(tóng)的(de)实验室，这(zhè)里的季节与(yǔ)之前的实验(yàn)室正(zhèng)好相(xiāng)反，而(ér)在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗(àn)物质流的运(yùn)动特征和第一个实验室(shì)是(shì)一样的。

因(yīn)此，如(rú)果(guǒ)在这里可以得(dé)到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物(wù)质所存(cún)在的非常有力的(de)证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前还无(wú)法提供相应(yīng)的(de)数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪(yí)器(qì)提供的视(shì)野是哈(hā)勃红外(wài)仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一(yī)个关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探测的(de)结(jié)果，我(wǒ)们(men)只能拭目(mù)以待了(le)。费米(mǐ)实验室粒子(zi)天体物理中心的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬(fēn)研究(jiū)发现，如(rú)果(guǒ)暗物质(zhì)存在(zài)，它(tā)们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或(huò)者(zhě)说是生命进化的(de)一个(gè)重要因(yīn)素(sù)。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进(jìn)一步的证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)的暗(àn)物质会(huì)不(bù)会意味着人(rén)类(lèi)并不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要(yào)先(xiān)找到暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们(men)觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的(de)支持(chí)是我更新的动力！

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