宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为(wèi)何会(huì)存在(zài)科(kē)学无(wú)法解(jiě)释的“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什(shén)么(me)？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几(jǐ)十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实(shí)验(yàn)，但是却(què)没有发现任何的有(yǒu)效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了(le)万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭(jiē)示(shì)了(le)宇宙中天体运动(dòng)的(de)规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的(de)时候(hòu)，他们就(jiù)会(huì)知道，周围一(yī)定(dìng)有未知的(de)天体(tǐ)通过引力(lì)在(zài)摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异(yì)常，推(tuī)算并且发现了海(hǎi)王(wáng)星(xīng)的(de)存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的(de)发现都是应(yīng)用万有(yǒu)引力定(dìng)律所取得重(zhòng)大天文(wén)成就(jiù)的(de)例(lì)子(zi)。但是(shì)这些发(fā)现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可(kě)当(dāng)我们上(shàng)升到星系(xì)或者是星(xīng)团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基(jī)正在(zài)研究和测(cè)量后发星系团的质量。这是一(yī)个由数千个星系所组成的(de)巨大(dà)星(xīng)系(xì)团，这些星系被(bèi)引力(lì)束缚(fù)在一(yī)起。测量星系(xì)团的(de)质量一般会(huì)使(shǐ)用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以(yǐ)确定其(qí)质量的(de)范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要(yào)的数(shù)据是测量各(gè)个星系的光度。

第(dì)二种是动(dòng)力学质(zhì)量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力(lì)学(xué)质量(liàng)”竟然是(shì)“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着(zhe)，后发(fā)座(zuò)星(xīng)系团(tuán)有99%的(de)质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以(yǐ)可见光(guāng)的形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量速度(dù)的过(guò)程(chéng)中，兹威基发现星系(xì)团中(zhōng)很多星系的(de)速度比理论上要快(kuài)得(dé)多，按照牛顿的(de)运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的引(yǐn)力(lì)是无法将它们束(shù)缚在(zài)星系(xì)团内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该(gāi)被抛(pāo)出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘(mì)的力量(liàng)在(zài)起作(zuò)用，这(zhè)种力(lì)量来(lái)源于某(mǒu)种隐形的物(wù)质。

据此，兹(zī)维基提出(chū)了这样部(bù)分不可见的(de)暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸(xī)光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它们(men)却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们对这样(yàng)的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一(yī)次(cì)出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒星在其轨道(dào)上的运(yùn)行速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却(què)让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星(xīng)系当中如果没有足(zú)够大(dà)的质(zhì)量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就(jiù)被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象(xiàng)，科学(xué)家们会使用一种相(xiāng)对标准的方法来解释暗(àn)物(wù)质的存在(zài)，这种方法就是(shì)测(cè)量(liàng)星系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星(xīng)系中心的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进(jìn)入(rù)其中。

于是(shì)科(kē)学家们通过射电望远镜测量了距(jù)离星系(xì)中心更远(yuǎn)距离的(de)氢元素，发现它们的(de)旋(xuán)转速度并不符合牛(niú)顿(dùn)的力学(xué)定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系(xì)位(wèi)于银河系的第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引力定律进行计算，太(tài)阳系(xì)的运行速度应(yīng)该(gāi)是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度(dù)远远大于(yú)理(lǐ)论(lùn)速度，那么(me)产生(shēng)以上这种向心加速度的原(yuán)因很可能就是存在着一(yī)种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物(wù)质的引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了一(yī)起。

也是(shì)从这时(shí)开始(shǐ)，越来越多(duō)的研(yán)究人员开(kāi)始相信暗物(wù)质的存在(zài)。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的速(sù)度，估算在(zài)星系当中(zhōng)暗(àn)物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一(yī)可以解释这个现象的(de)原因。在一项新(xīn)的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也(yě)会出现(xiàn)速度上的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了(le)一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银河系(xì)不多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩(bēng)离(lí)析。但(dàn)是科(kē)学家们使用最(zuì)先进(jìn)的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可(kě)以用正(zhèng)常的(de)物质(zhì)和力学定律(lǜ)来解释(shì)的。那么又有人提(tí)出(chū)，也许该星系的(de)暗(àn)物质，已经被附近的另一个(gè)大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何(hé)星系存在。造成(chéng)这些现象的除了(le)暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能(néng)就(jiù)是人类(lèi)对引(yǐn)力的(de)理解还(hái)不够全面，引力(lì)很可能(néng)在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不同(tóng)的(de)，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨道，按照我们(men)所(suǒ)理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是(shì)上升(shēng)到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的(de)相互作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科(kē)学家还(hái)引入(rù)了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的(de)规模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要对现(xiàn)在的物理定(dìng)律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结。但是(shì)在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他(tā)的理(lǐ)论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的(de)子弹星(xīng)系手机话费交了能退吗团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际(jì)气体(tǐ)的相(xiāng)互(hù)作用就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低(dī)。所(suǒ)以在(zài)理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的(de)质(zhì)量将位于(yú)所有这些气体所(suǒ)在的中间区(qū)域。那么我们通过什么(me)来验证它(tā)的质量(liàng)区域到底是不是集中在(zài)中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯(sī)韦(wéi)伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全(quán)彩的(de)高清照(zhào)片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸产生了(le)巨大(dà)的(de)形变。其实(shí)这些星(xīng)系本身(shēn)并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远的(de)天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一(yī)个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这手机话费交了能退吗(zhè)个超大质量(liàng)的东(dōng)西的(de)引力，会使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都发生(shēng)了(le)扭(niǔ)曲(qū)。这(zhè)个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个(gè)巨大的天体(tǐ)可能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子(zi)弹星(xīng)系(xì)团观测的时候，发(fā)现(xiàn)它(tā)的(de)大质量区域并(bìng)不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系(xì)团的引力(lì)透(tòu)镜研究也(yě)被(bèi)认为是暗(àn)物质存在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了(le)各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝(lán)色则表示(shì)相对较(jiào)冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家(jiā)们(men)通过对前景背(bèi)景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图(tú)形看起(qǐ)来不应该是这样的(de)，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字与(yǔ)解释(shì)星系当中(zhōng)恒(héng)星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是(shì)一致的。这(zhè)就(jiù)意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理论(lùn)框架，就很(hěn)好地解释了很(hěn)多不同的观测(cè)结果(guǒ)。而暗(àn)物(wù)质的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当中存在着(zhe)某种类型的(de)粒子，它们不参与任何其(qí)他的(de)电(diàn)磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。这种粒(lì)子到底是(shì)什么？科(kē)学家们已经(jīng)提出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要(yào)的实验(yàn)方式(shì)也不相同。在(zài)过(guò)去的几十年(nián)当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了(le)一个(gè)地(dì)方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球上(shàng)最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼高的(de)探测器，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗物(wù)质粒子的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信号。经(jīng)过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测(cè)率会(huì)在每(měi)年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每(měi)年都(dōu)是一样。一些(xiē)科学家(jiā)认(rèn)为这可能是(shì)人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周(zhōu)期性(xìng)的年度信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移(yí)动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿(chuān)越着(zhe)暗物(wù)质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的(de)时间，地球(qiú)围绕太(tài)阳的(de)方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在(zài)11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释(shì)，研究人员们所观测(cè)到的(de)周期(qī)性信号。当然也可能有其(qí)他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可能是温(wēn)度(dù)、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连意大利游客(kè)的数量也(yě)符合这个周期(qī)的规(guī)律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一(yī)个(gè)几手机话费交了能退吗(jǐ)乎相同的实验室，这(zhè)里的季(jì)节与之前(qián)的实验室正好(hǎo)相反，而(ér)在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个(gè)实验室(shì)是(shì)一样的。

因此，如果在这里可(kě)以(yǐ)得到相同的(de)信号，就可(kě)以成为(wèi)暗物(wù)质(zhì)所存在的非常有力的(de)证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支(zhī)持(chí)。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的(de)视(shì)野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南(nán)希(xī)格(gé)雷斯(sī)罗(luó)曼太空(kōng)望远镜其中一(yī)个关键的用途就是探索暗(àn)物质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子(zi)天(tiān)体物理中心的科(kē)学家(jiā)丹(dān)琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研究发(fā)现，如(rú)果暗(àn)物质存在，它(tā)们极有(yǒu)可(kě)能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生命进(jìn)化的(de)一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会(huì)不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大前提是要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴(bàn)们(men)，你们觉得暗物质到底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新的动力！

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