宇宙是“人(rén)为制造(zào)”的(de)？为何会存在(zài)科学(xué)无法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人(rén)类为了寻找暗(àn)物质存在的(de)证据，科学家们在过(guò)去的几十年当中(zhōng)进行了超(chāo)过50次(cì)的长期实验，但是却没(méi)有发现任何的有(yǒ一个鹅蛋的热量是多少 一个鹅蛋等于几个鸡蛋u)效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了(le)万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规律。往后的(de)几(jǐ)百年来(lái)，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律(lǜ)的(de)时(shí)候(hòu)，他们(men)就会知道，周(zhōu)围一定有未知的(de)天(tiān)体通(tōng)过引(yǐn)力(lì)在摄动它(tā)的轨道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就通过天王星(xīng)运行轨道(dào)的异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的发(fā)现都是(shì)应用万有引力定(dìng)律(lǜ)所取(qǔ)得重大(dà)天文成就的例子。但(dàn)是这些(xiē)发现都是在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们(men)上升到星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度(dù)，事情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研(yán)究和测量(liàng)后发(fā)星系团的质量。这是一(yī)个由数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量星系团(tuán)的质量一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方法结果(guǒ)一致，就(jiù)可以确(què)定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其"光(guāng)度(dù)学的质量(liàng)"，需要(yào)的数(shù)据是(shì)测量各个星系的光(guāng)度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算(suàn)，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系(xì)团的(de)运动速(sù)度。当测量结果出(chū)来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星(xīng)系团有99%的(de)质量消失(shī)了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星(xīng)系(xì)团中(zhōng)很多星(xīng)系的速(sù)度比理论上要(yào)快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星系的(de)质(zhì)量所(suǒ)产生的引力是无法将它们(men)束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团(tuán)之外了(le)，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的(de)人们对(duì)这(zhè)样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才(cái)再一次出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和(hé)肯(kěn)特福特在观测(cè)仙女(nǚ)座(zuò)星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他们观测的(de)结果(guǒ)却让人(rén)感到不可思议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离的(de)增加，恒(héng)星(xīng)的(de)旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早(zǎo)就被甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学(xué)家们会使用一种相对标(biāo)准(zhǔn)的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气(qì)体在X轴上距离星系中心(xīn)的(de)距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质(zhì)的力量(liàng)进入(rù)其中。

于(yú)是科(kē)学家们通过射电(diàn)望(wàng)远镜测量了距离星(xīng)系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它(tā)们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河(hé)系的(de)第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年(nián)，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际速(sù)度远远大(dà)于理论速度，那么产生以上这(zhè)种向心加(jiā)速(sù)度的原因很(hěn)可能就是存在(zài)着一种我们(men)看不(bù)到的物(wù)质，是(shì)这些暗物质(zhì)的(de)引力效应将星(xīng)系聚集在(zài)了(le)一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越(yuè)多的研究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质的存(cún)在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是唯(wéi)一可以解释这(zhè)个(gè)现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科(kē)学家们(men)发现(xiàn)，几乎(hū)没有引力效一个鹅蛋的热量是多少 一个鹅蛋等于几个鸡蛋应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年(nián)，大小(xiǎo)和(hé)银河系(xì)不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星系(xì)必须存在(zài)暗物质，否(fǒu)则就(jiù)会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的(de)。那么又有(yǒu)人(rén)提出，也许(xǔ)该星系(xì)的(de)暗物质，已经被附近的另一个(gè)大(dà)星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪的是，它(tā)的附(fù)近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引力的理解还不(bù)够全面，引力很(hěn)可(kě)能在不同尺度空(kōng)间中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们(men)所理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互作用则是不同的方(fāng)式。对(duì)于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还(hái)引(yǐn)入了外(wài)部场效(xiào)应的(de)概(gài)念，指的是在(zài)数百万光年(nián)的规模(mó)上(shàng)，巨(jù)大的质量之间会产生对(duì)彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这意味着(zhe)我们(men)需要对(duì)现在的物理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很多人(rén)认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结(jié)。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存在的其(qí)他的理论(lùn)证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星(xīng)系团所(suǒ)组成，类似(shì)这样(yàng)的星团(tuán)，它(tā)们大(dà)部分的普通质量都在星(xīng)系的(de)气(qì)体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的时(shí)候，星际气(qì)体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)大部分的质量(liàng)将(jiāng)位于所有这些气体(tǐ)所(suǒ)在的中(zhōng)间区(qū)域(yù)。那么(me)我们(men)通过(guò)什么来验证它的质(zhì)量(liàng)区域到(dào)底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦(wéi)伯(bó)太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全(quán)彩(cǎi)的(de)高(gāo)清照片，在照片中(zhōng)我们(men)可(kě)以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系(xì)本(běn)身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了(le)什么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球(qiú)上的观测者之间。被一(yī)个质(zhì)量(liàng)超(chāo)级(jí)巨大的天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量(liàng)的(de)东西(xī)的引力，会使身(shēn)后更遥远星系(xì)的光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个(gè)现象就是(shì)引力(lì)透镜效应(yīng)。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能是(shì)超大(dà)质量的黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测的时(shí)候，发(fā)现(xiàn)它的大质量区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是(shì)当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了(le)中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域(yù)，并在两(liǎng)边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最(zuì)好的(de)理论(lùn)证据(jù)。

除(chú)此之外(wài)，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经过了(le)130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其中红色的部(bù)分表示温度较高的区域(yù)，蓝色(sè)则(zé)表示相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际(jì)上它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后的二值图(tú)像(xiàng)进(jìn)行连(lián)通域提取和标(biāo)记之(zhī)后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有(yǒu)暗(àn)物质，图(tú)形看起来不应(yīng)该是这样的，而(ér)随着暗(àn)物(wù)质(zhì)的增(zēng)加(jiā)，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量值，我们(men)需(xū)要的(de)暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释(shì)星系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一致的(de)。这就意味着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框(kuāng)架(jià)，就(jiù)很好地解释了很(hěn)多不同的观(guān)测结(jié)果(guǒ)。而(ér)暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某(mǒu)种类(lèi)型的(de)粒子，它(tā)们不参与任(rèn)何其(qí)他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来(lái)相(xiāng)互作用。所以如(rú)果能(néng)够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当(dāng)于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们(men)已经提(tí)出(chū)了数十种的假想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些(xiē)不同(tóng)的目(mù)标(biāo)粒子(zi)所(suǒ)需(xū)要的实验方式也不(bù)相同(tóng)。在过去的几十年当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻(xún)找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互作用(yòng)的(de)“暗物质”，科(kē)学家们(men)已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了(le)一个地方，意(yì)大(dà)利的格兰(lán)萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(céng)楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据(jù)收集，人(rén)们发现了一(yī)个(gè)有(yǒu)趣(qù)的事情。探(tàn)测率会(huì)在每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当(dāng)中每(měi)年都是一(yī)样。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在(zài)以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)着(zhe)银河(hé)系进行移动，那么如果暗(àn)物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流(liú)，这(zhè)个过(guò)程中会产生相应的(de)振荡(dàng)，同(tóng)时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕(rào)银河系的(de)方向是(shì)一(yī)致的，而另外半年则(zé)与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太(tài)阳的方向(xiàng)正好达到完全(quán)一致，这是理论上(shàng)地(dì)球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在(zài)实际的(de)情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科(kē)学(xué)家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员们所观测到(dào)的周期性(xìng)信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这种(zhǒng)年(nián)度周期(qī)信(xìn)号(hào)的差异也可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的水(shuǐ)分、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚至(zhì)连(lián)意大利(lì)游客(kè)的数量(liàng)也符合这个周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又(yòu)在南半(bàn)球(qiú)建(jiàn)立了(le)一个几乎相同的实(shí)验(yàn)室，这里(lǐ)的季节(jié)与(yǔ)之前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一(yī)个(gè)实验室是一样的(de)。

因(yīn)此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号，就(jiù)可(kě)以成为暗物(wù)质所存在的(de)非(fēi)常有力(lì)的(de)证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还(hái)无(wú)法提供相(xiāng)应(yīng)的数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视场仪器提(tí)供的(de)视(shì)野是哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一(yī)个(gè)关键的用途(tú)就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米实(shí)验(yàn)室粒(lì)子天体物理(lǐ)中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究(jiū)发现，如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质存在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另(lìng)一种神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么(me)遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物(wù)质会不会意(yì)味着人(rén)类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物(wù)质(zhì)正在通(tōng)过这样的效应(yīng)创造生命。当(dāng)然(rán)，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质到(dào)底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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