宇宙是“人(rén)为制造(zào)”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗(àn)物质(zhì)存在的(de)证据，科学家们在过(guò)去(qù)的(de)几十年(nián)当中进行了(le)超(chāo)过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运(yùn)动(dòng)的(de)规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些(xiē)天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合(hé)万有引(yǐn)力定律的时(shí)候，他们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一(yī)定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动(dòng)它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过(guò)天(tiān)王星运(yùn)行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的(de)发现都是应(yīng)用(yòng)万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度(dù)当(dāng)中(zhōng)，可当(dāng)我们(men)上升到星(xīng)系或者是星(xīng)团的尺度(dù)，事情就(jiù)开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物(wù)理学家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在研究和测量后发星系团的质量。这是一(yī)个由数千个(gè)星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使(shǐ)用(yòng)到两(liǎng)种(zhǒng)方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结(jié)果一致，就可以确定其质(zhì)量的(de)范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需(xū)要的数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是(shì)动(dòng)力(lì)学质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系(xì)团中(zhōng)的(de)各个星系相对于(yú)星系团的运动速度。当测量(liàng)结(jié)果出(chū)来之(zhī)后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说(shuō)这99%的(de)质量并不以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量(liàng)速(sù)度的过(guò)程(chéng)中，兹(zī)威(wēi)基(jī)发现星系团中很(hěn)多(duō)星(xīng)系的(de)速度(dù)比理论(lùn)上(shàng)要快(kuài)得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可(kě)见星系(xì)的质量(liàng)所产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力(lì)量(liàng)在起作用(yòng)，这(zhè)种力量来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的(de)暗质，它不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这个词才再一(yī)次出(chū)现。天文学(xué)家维拉鲁宾和(hé)肯特福特(tè)在观测(cè)仙女座(zuò)星系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的运(yùn)行速度(dù)就会越慢。但(dàn)是(shì)他们观测的结果却让人感(gǎn)到(dào)不(bù)可(kě)思议。

随(suí)着(zhe)与中心距离的(de)增加(jiā)，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系(xì)当中如果没有足够大的(de)质量来(lái)吸引它们，这(zhè)些(xiē)外围的(de)恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的(de)方法来解(jiě)释(shì)暗物质的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进(jìn)入(rù)其中。

于是科(kē)学家们通过(guò)射(shè)电望远镜测量了(le)距离星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转速度并不(bù)符(fú)合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系也不例(lì)外，太(tài)阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万有引力(lì)定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕(rào)银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度(dù)，那么产生(shēng)以上(shàng)这种向心加速度的(de)原因很可能就是存在着一(yī)种(zhǒng)我们看不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗(àn)物质的引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来(lái)越多的研(yán)究(jiū)人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据(jù)星系(xì)外恒(héng)星轨道(dào)的(de)速(sù)度，估算在星系当中暗(àn)物质的质(zhì)量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是唯一(yī)可以解释这个现象的原(yuán)因(yīn)。在(zài)一项新的研(yán)究当中(zhōng)，科学家们(men)发现，几乎没(méi)有引力效(xiào)应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文(wén)学家还(hái)发现了一个(gè)反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和(hé)银河系(xì)不(bù)多，但是(shì)星系当中(zhōng)存在的恒(héng)星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物(wù)质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析。但(dàn)是科学(xué)家们使用(yòng)最先进的望(wàng)远镜对其进行了(le)40个小时(shí)的详细(xì)测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可以(yǐ)用正常(cháng)的物质(zhì)和(hé)力学定(dìng)律来解释(shì)的。那么又有人提出，也(yě)许(xǔ)该(gāi)星(xīng)系的暗(àn)物质，已经被(bèi)附(fù)近的(de)另一个大星系剥离(lí)了。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成(chéng)这(zhè)些现象的除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力的(de)理解还不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可(kě)能在(zài)不同尺度空间中的工作方式是(shì)不同的，这意(yì)味着在行星系(xì)尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是不同的(de)方式。对于在星系(xì)团之间(jiān)的相互作用(yòng)，科(kē)学(xué)家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是(shì)在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需要对(duì)现在的物理定律进行修正，这(zhè)些(xiē)发现也让(ràng)很多人(rén)认为暗物质假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证据，这(zhè)些(xiē)理论证据(jù)是蒙德理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部(bù)分的普通(tōng)质(zhì)量都在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的(de)时候(hòu)，星(xīng)际气体的相互作用就会(huì)导致温度(dù)的急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星(xīng)系团大(dà)部(bù)分的质量将(jiāng)位于(yú)所有这些气(qì)体所(乐字的繁体是几画啊，乐字的繁体是几画字suǒ)在的中间区域(yù)。那么我们通(tōng)过什么来验证它(tā)的(de)质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很(hěn)多星系(xì)似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生(shēng)了(le)巨大的形变。其(qí)实这些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这样(yàng)极遥(yáo)远的天体和我们地(dì)球上(shàng)的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的东西(xī)的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是(shì)引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测的(de)时候(hòu)，发(fā)现它的大质(zhì)量区域并不是(shì)在中间，而是在两侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的(de)质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区(qū)域(yù)，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的(de)迄今为(wèi)止最好的理论(lùn)证据。

除(chú)此之(zhī)外，还(hái)有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下(xià)了各(gè)相同(tóng)性的微波(bō)辐射。其中(zhōng)红色的部(bù)分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相对较冷的区域(yù)，但实乐字的繁体是几画啊，乐字的繁体是几画字际(jì)上它(tā)们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的(de)二(èr)值图像(xiàng)进(jìn)行连通域提取和标记之(zhī)后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看起来不应该是这样(yàng)的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和(hé)谐(xié)”。为了(le)匹配(pèi)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(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒(héng)星运动所需要的(de)暗(àn)物质(zhì)比例是一致(zhì)的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到(dào)这种粒子(zi)的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不(bù)同(tóng)的目标(biāo)粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与常(cháng)规物质(zhì)相互(hù)作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们(men)已经(jīng)进行了超过(guò)50次的实验，却没(méi)有任(rèn)何实质性的发(fā)现，除了一(yī)个地方，意大(dà)利(lì)的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直(zhí)致(zhì)力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科(kē)学(xué)家(jiā)声称观测到了某种信(xìn)号(hào)。经过(guò)了20多(duō)年的数据收(shōu)集，人们发(fā)现了一(yī)个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且(qiě)在20年(nián)当(dāng)中(zhōng)每年都是一样。一些科(kē)学家认为这可能(néng)是人类发(fā)现暗物质(zhì)的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么(me)暗物质(zhì)会(huì)产生周期(qī)性的年度(dù)信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕着银河(hé)系进(jìn)行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这个过(guò)程中会(huì)产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地(dì)球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的(de)速度(dù)围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的(de)方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方(fāng)向正好达(dá)到(dào)完全一(yī)致，这是理论(lùn)上(shàng)地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好达到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太(tài)阳系相对银(yín)河系(xì)的平面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但(dàn)是这并不影响这(zhè)个理(lǐ)论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认(rèn)为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期(qī)性信(xìn)号。当然也可能有(yǒu)其(qí)他的情(qíng)况，造(zào)成这种年度周期信号的差异也可(kě)能是(shì)温度、湿(shī)度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合这个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又(yòu)在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实(shí)验室(shì)，这里的季节与(yǔ)之前的(de)实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动特征(zhēng)和第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质所存在的非常有力的证据了(le)。但(dàn)是(shì)由(yóu)于这个实验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目(mù)前(qián)还无法(fǎ)提(tí)供相应的(de)数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的(de)宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途就(jiù)是探(tàn)索暗物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们(men)只能拭目以待了(le)。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体物理中心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在，它们(men)极有(yǒu)可能(néng)拥有另(lìng)一(yī)种神秘的效(xiào)应(yīng)，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会支(zhī)持(chí)宇宙当中生(shēng)命的诞(dàn)生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如(rú)果(guǒ)这(zhè)一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大前提是(shì)要先找到暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底(dǐ)存(cún)不(bù)存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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