宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又(yòu)究竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻找暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但(dàn)是却没有发(fā)现任何(hé)的有(yǒu)效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了(le)万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当(dāng)天(tiān)文学家(jiā)们发现(xiàn)某些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常，不(bù)符合万有引(yǐn)力定律的(de)时(shí)候，他们(men)就会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的天体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是(shì)应用万有引力定(dìng)律(lǜ)所取得重大(dà)天文成就(jiù)的例子。但是这些(xiē)发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我们(men)上升到星(xīng)系(xì)或(huò)者是星团(tuán)的尺度(dù)，事(shì)情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹威(wēi)基(jī)正在研究和测(cè)量后发(fā)星(xīng)系(xì)团的质量(liàng)。这是一个由数千个星(xīng)系所组(zǔ)成的(de)巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量(liàng)一般会使(shǐ)用到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)结果一致(zhì)，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其(qí)"光(guāng)度(dù)学的质量"，需要(yào)的数据(jù)是测量各(gè)个星系的光(guāng)度(dù)。

第二种是(shì)动力学(xué)质量的计算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对(duì)于星系团的运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发(fā)座星系团有99%的质量消失(shī)了(le)，或者说这99%的(de)质量并不(bù)以可(kě)见(jiàn)光的形式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团(tuán)中很多星(xīng)系(xì)的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星系的(de)质(zhì)量所产(chǎn)生的引(yǐn)力是无(wú)法(fǎ)将它(tā)们束缚在(zài)星(xīng)系团内(nèi)的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之外了(le)，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的(de)物(wù)质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了这(zhè)样部分不可(kě)见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝(jué)大部分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再(zài)一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来(lái)说，距离(lí)中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度(dù)就会(huì)越慢。但是(shì)他们观测(cè)的结果却(què)让(ràng)人感(gǎn)到不可思议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎(hū)保持(chí)不变。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当中如(rú)果(guǒ)没有足够大(dà)的质量来吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的恒(héng)星早就被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量星系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中心(xīn)的(de)距离，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们(men)通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了(le)距离星系中心更远距离(lí)的(de)氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们(men)的旋转速度并(bìng)不(bù)符合牛顿的(de)力学(xué)定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系(xì)的(de)第三悬(xuán)臂之上，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有引(yǐn)力定律进行(xíng)计(jì)算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实(shí)际(jì)速度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度(dù)，那(nà)么产生以上这种向心加速度的原因很可能(néng)就是存在着一种我们看(kàn)不到的物(wù)质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应(yīng)将(jiāng)星(xīng)系聚(jù)集在(zài)了一起。

也(yě)是从这时开始，越来(lái)越多的研究人员开始相(xiāng)信暗(àn)物质的存(cún)在。科学(xué)家根(gēn)据星系外(wài)恒星轨道的(de)速度，估算(suàn)在星系(xì)当中暗(àn)物质的质量占(zhàn)整个星系(xì)质量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并(bìng)不是(shì)唯(wéi)一(yī)可以(yǐ)解(jiě)释(shì)这个现象的原(yuán)因。在(zài)一项新(xīn)的研(yán)究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引(yǐn)力(lì)效(xiào)应的(de)遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文(wén)学(xué)家还发(fā)现了(le)一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地(dì)球(qiú)大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数(shù)量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析。但(dàn)是科学(xué)家们使用(yòng)最先(xiān)进(jìn)的望远镜对其(qí)进行了40个小时(shí)的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的(de)恒(héng)星(xīng)运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解释的(de)。那么又有人提出(chū)，也许该星(xīng)系(xì)的(de)暗物质(zhì)，已经被附近的(de)另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成这些(xiē)现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就是人类对引力的理解还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工(gōng)作方(fāng)式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会(huì)沿(yán)着它们(men)的轨道，按照我们所理解的方式(shì)运动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度(dù)，引力之(zhī)间的相互作用则(zé)是不(bù)同的(de)方式。对于在(zài)星系团之间的(de)相互作用，科学(xué)家还引(yǐn)入了(le)外部场效应的概念，指的(de)是在数百万光年的规(guī)模上，巨大的(de)质量之间(jiān)会(huì)产生(shēng)对彼此特殊(shū)的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着我们需要对现(xiàn)在(zài)的物理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发(fā)现也(yě)让(ràng)很多人认(rèn)为暗物质(zhì)假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗(àn)物质存在(zài)的其(qí)他(tā)的理论证(zhèng)据，这些(xiē)理论(lùn)证据是蒙(méng)德(dé)理论所(suǒ)没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的(de)星团，它们大(dà)部分的普通质量都在星系(xì)的气体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用就会导(dǎo)致温度(dù)的急剧升高，速度大(dà)幅降低(dī)。所以在理论上，在(zài)碰撞之武警能打过特警吗后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将(jiāng)位于所有这些气体(tǐ)所在的(de)中间区域。那么(me)我们通过什么(me)来验(yàn)证它的(de)质量(liàng)区域到底(dǐ)是(shì)不是集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可(kě)以(yǐ)明显地(dì)看(kàn)到很多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么(me)问(wèn)题，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们(men)地球上的观测者(zhě)之间(jiān)。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量(liàng)的(de)东西的引力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星(xīng)系的光都发(fā)生了(le)扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的天体可能是(shì)超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物(wù)质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大(dà)质(zhì)量区域并(bìng)不(bù)是(shì)在中间，而是(shì)在(zài)两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测到的质(zhì)量气体被卡在(zài)了(le)中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通过(guò)了(le)这(zhè)个区域，并在(zài)两边形(xíng)成了引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)。对子(zi)弹星系团的引力透镜(jìng)研究(jiū)也被(bèi)认为是暗物质存在(zài)的迄今为(wèi)止最好的(de)理论证(zhèng)据(jù)。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见(jiàn)光终(zhōng)于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了(le)130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部(bù)分表示温度(dù)较高(gāo)的区域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差(chà)只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科(kē)学家们通过对前景背景(jǐng)分离后的二(èr)值图像(xiàng)进行连通域提取和(hé)标记之(zhī)后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着(zhe)暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才(cái)变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了(le)匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系(xì)当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比(bǐ)例是一(yī)致的(de)。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地(dì)解释(shì)了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的(de)粒子，它们(men)不(bù)参与任何(hé)其他的(de)电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物(wù)质存(cún)在的(de)实际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是什(shén)么(me)？科学家们(men)已经提出了数十种的假想目(mù)标，而要(yào)寻找这些不(bù)同的目标粒(lì)子所需(xū)要(yào)的实验(yàn)方式也不相同。在过去(qù)的几十(shí)年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规(guī)物(wù)质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的(de)实(shí)验，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一个地方，意大利(lì)的(de)格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的(de)地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最大的(de)地学实验室(shì)，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼高的探(tàn)测器，一(yī)直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科学家(jiā)声(shēng)称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发现了一(yī)个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会在(zài)每年的6月份达(dá)到峰值，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每(měi)年都是(shì)一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一(yī)个(gè)直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期性的(de)年(nián)度信号(hào)呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移动，那么(me)如(rú)果暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着我们也在(zài)以(yǐ)这样的速度(dù)在穿(chuān)越(yuè)着暗物(wù)质流(liú)，这(zhè)个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕(rào)太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年(nián)的时间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河系的(de)方(fāng)向是一致的，而另外(wài)半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的(de)方(fāng)向正好达到(dào)完(wán)全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗(àn)物质流最(zuì)快(kuài)的(de)时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐ武警能打过特警吗ng)响(xiǎng)这个(gè)理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可(kě)以用来解释，研究人员们(men)所观(guān)测到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然(rán)也可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的(de)差异也可能是(shì)温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的(de)积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利(lì)游(yóu)客的数(shù)量也符合这(zhè)个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立(lì)了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的(de)季节(jié)与之前的实验室(shì)正好相反，而(ér)在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是(shì)一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的(de)信号，就可以成为(wèi)暗物质(zhì)所(suǒ)存在(zài)的非(fēi)常(cháng)有力的(de)证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目(mù)前还无法提(tí)供相应(yīng)的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟(gēn)哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供(gōng)的(de)视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关(guān)键的用途(tú)就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结(jié)果，我们(men)只能(néng)拭目(mù)以待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒(lì)子天体物理中心的科(kē)学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研(yán)究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存(cún)在(zài)，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞生，或者说(shuō)是生命进化(huà)的(de)一个(gè)重(zhòng)要因素。

如(rú)果这一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗(àn)物(wù)质会不(bù)会意味着人(rén)类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个(gè)角落的行(xíng)星上，暗物(wù)质正(zhèng)在(zài)通过这样的(de)效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推论的大(dà)前提是要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉得(dé)暗物质到(dào)底存不存(cún)在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的(de)支持是我更新的动力！

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