宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在(zài)科(kē)学(xué)无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什么？人(rén)类为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存(cún)在的证据，科学家们(men)在过(guò)去的几(jǐ)十年当(dāng)中进行了超过(guò)50次的(de)长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的有效(xiào)证(zhèng)据(jù)。除了(le)一个地方，在1687年出版的(de)自(zì)然(rán)哲学(xué)数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了(le)万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天(tiān)体(tǐ)运(yùn)动的规律。往(wǎng)后的(de)几百年来(lái)，当天文学(xué)家们发现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不符(fú)合万有引力定律(lǜ)的时(shí)候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如(rú)在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通过天王(wáng)星(xīng)运行轨道的(de)异常，推(tuī)算并(bìng)且发(fā)现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王(wáng)星的(de)发现都是应用(yòng)万有引力定律所取得重大天文成就的(de)例(lì)子。但是这些发(fā)现(xiàn)都是在恒星系统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到星系(xì)或者(zhě)是星团(tuán)的(de)尺度(dù)，事情(qíng)就开(kāi)始变得诡(guǐ)异(yì)了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一(yī)个(gè)由数千个星(xīng)系所组成的(de)巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系团的质量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可(kě)以确定其质(zhì)量的范(fàn)围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是动力学质(zhì)量的(de)计算(suàn)，是利用(yòng)光(guāng)谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团中的各个星系相对于星系团的(de)运(yùn)动速度。当测量结果出(chū)来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消(xiāo)失了(le)，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式所存在，我们(men)无(wú)法看到(dào)。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测量速度(dù)的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团中很多星系的(de)速(sù)度比理论上要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的引力是(shì)无法将(jiāng)它(tā)们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就(jiù)应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力(lì)量(liàng)在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部(bù)分(fēn)的(de)质量。只是当时的人们对这(zhè)样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一(yī)次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来(lái)说(shuō)，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果(guǒ)却(què)让人感到不(bù)可思议。

随(suí)着(zhe)与(yǔ)中(zhōng)心距离(lí)的增(zēng)加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定(dìng)律，在星系(xì)当中如(rú)果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学(xué)家们(men)会使用(yòng)一种相对标准的方法来解(jiě)释暗(àn)物质的存在，这种方法就是测(cè)量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的(de)结(jié)果，就认为(wèi)是由暗物质的(de)力量(liàng)进入其(qí)中。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更远距离(lí)的氢元素(sù)，发现它们的旋(xuán)转速(sù)度并不符合(hé)牛顿(dùn)的力学定律。我(wǒ)们的太(tài)阳系(xì)也不例外，太阳(yáng)系位于(yú)银河(hé)系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的(de)运(yùn)行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实(shí)际速(sù)度(dù)远远大于(yú)理(lǐ)论速度，那(nà)么产(chǎn)生以上这种向心加速度的原因很可能就是存在(zài)着一种我们看不到的(de)物质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效应(yīng)将星系(xì)聚(jù)集在了(le)一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研(yán)究人员开始相(xiāng)信暗(àn)物质的存在(zài)。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物(wù)质(zhì)的(de)质量占整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一可以解释这个现象的原因。在一(yī)项新的(de)研究(jiū)当中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多(duō)，但是(shì)星(xīng)系(xì)当中存在(zài)的(de)恒星数量却只有银河(hé)系的千(qiān)分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须(xū)存在暗物(wù)质，否则(zé)就会分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家(jiā)们(men)使用最(zuì)先进(jìn)的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的(de)详细测量之后，发(fā)现星系中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运动(dòng)是可以用正常的物质和力学(xué)定律来(lái)解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被(bèi)附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造(zào)成这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在(zài)不(bù)同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这(zhè)意味(wèi)着在(zài)行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的(de)方式运动。但是上升到星系和(hé)星团的(de)尺度，引力之间的相互作用则(zé)是(shì)不(bù)同的方式。对(duì)于在星系团(tuán)之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外部(bù)场(chǎng)效(xiào)应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味(wèi)着我们需要(yào)对现在(zài)的物理定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这些发(fā)现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其(qí)他的理论(lùn)证(zhèng)据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年(nián)的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们大部(bù)分的普通质量都(dōu)在星系的气体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互(hù)作用就会(huì)导(dǎo)致(zhì)温度的急(jí)剧升高，速度大(dà)幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部(bù)分的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那(nà)么我们通过什么(me)来验证它的质量区域(yù)到底是不是集中在中(zhōng)间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的(de)高(gāo)清照片，在照片(piàn)中我们可(kě)以(yǐ)明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生(shēng)了(le)巨(jù)大的形(xíng)变(biàn)。其(qí)实这些星系本身并(bìng)不(bù)是真的(de)被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了(le)什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体和我们地(dì)球上的观测者之(zhī)间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东(dōng)西的(de)引(yǐn)力(lì)，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远星系(xì)的光都(dōu)发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就(j日本比中国富裕吗，日本富裕还是中国富裕iù)是引力透镜效应。这个(gè)巨(jù)大(dà)的(de)天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所以当人们(men)对子弹星系团观测的时候，发现它的(de)大(dà)质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解(jiě)释方(fāng)法就是当星团发生全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到的(de)质量气体被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在(zài)的(de)迄(qì)今为(wèi)止最好(hǎo)的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆(bào)炸(zhà)开(kāi)始(shǐ)，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终于(yú)可以畅(chàng)通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间背(bèi)景上留下了(le)各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上(shàng)它们(men)之间(jiān)的温差只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离后的二值图像进(jìn)行连(lián)通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中没(méi)有(yǒu)暗(àn)物(wù)质(zhì)，图形看起来(lái)不应(yīng)该是这(zhè)样的，而(ér)随(suí)着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射的(de)测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需(xū)要的暗物(wù)质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了(le)一个简单的理论框架(jià)，就很好地解释了很多(duō)不同的观测结(jié)果。而暗(àn)物质的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不参与任(rèn)何其(qí)他的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力(lì)来(lái)相互(hù)作用。所(suǒ)以如果能够(gòu)找到这(zhè)种粒子(zi)的存(cún)在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么(me)？科学(xué)家(jiā)们已(yǐ)经提(tí)出了数十种(zhǒng)的(de)假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)，人类(lèi)为(wèi)了(le)寻找这些看不(bù)见、摸(mō)不到，几乎(hū)不会(huì)与常规物(wù)质相(xiāng)互(hù)作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的实验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意(yì)大利的格兰(lán)萨索山，隶属于(yú)阿(ā)尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测(cè)器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子(zi)的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到了(le)某种(zhǒng)信号。经过了20多年的(de)数据收集(jí)，人们发(fā)现(xiàn)了一个有趣的(de)事情。探测率(lǜ)会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到(dào)最低，而(ér)且在20年(nián)当中每年都是一(yī)样(yàng)。一些(xiē)科学家认为(wèi)这可能是人(rén)类(lèi)发现暗物质(zhì)的(de)第一个(gè)直(zhí)接证据。

但是为什么(me)暗(àn)物质(zhì)会产(chǎn)生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系(xì)正在以220公里/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速(sù)度(dù)在穿(chuān)越着暗物(wù)质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所日本比中国富裕吗，日本富裕还是中国富裕以(yǐ)有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到完全(quán)一致，这是理论上地(dì)球穿(chuān)越暗物质(zhì)流(liú)最快的时段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到(dào)了最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不(bù)影响这个理论的(de)有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员们所观测到的(de)周期性信号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号(hào)的(de)差(chà)异也可(kě)能是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又(yòu)在南半球建立了一(yī)个几乎相同(tóng)的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前的实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在(zài)这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗(àn)物质流的运(yùn)动特征和第一个实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到(dào)相(xiāng)同的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为(wèi)暗(àn)物(wù)质所存(cún)在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成(chéng)不(bù)久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台(tái)太空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视场仪器提供(gōng)的视野是(shì)哈勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是(shì)探(tàn)索暗物质背后的(de)奥秘，对于(yú)探(tàn)测(cè)的结果(guǒ)，我们(men)只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子(zi)天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当中生命(mìng)的诞生(shēng)，或(huò)者说(shuō)是生命(mìng)进(jìn)化的一(yī)个重(zhòng)要因素(sù)。

如(rú)果这一理(lǐ)论得到进一步(bù)的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇宙当中的(de)暗物(wù)质会(huì)不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创造(zào)生命。当然，这(zhè)些推论(lùn)的大前提(tí)是(shì)要先找到暗物质存在的(de)实(shí)际证据。那(nà)么(me)小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持(chí)是(shì)我更(gèng)新的动(dòng)力！

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