宇(yǔ)宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学(xué)家们在过去的几十年当中进行(xíng)了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任何(hé)的有效证据。除了一个地(dì)方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然哲学(xué)数学(xué)原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律。往后的几百年(nián)来，当(dāng)天文学(xué)家们(men)发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时(shí)候，他们(men)就会知道，周围(wéi)一定(dìng)有未知的(de)天(tiān)体通(tōng)过引力在摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就通过天王(wáng)星运(yùn)行轨道的异(yì)常，推算(suàn)并(bìng)且发现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的(de)发现都是应用(yòng)万有引力(lì)定律所取得重(zhòng)大天(tiān)文成就(jiù)的例子。但是这些(xiē)发现都(dōu)是在恒星(xīng)系(xì)统(tǒng)的(de)尺(chǐ)度当中(zhōng)，可(kě)当我们上升到星系或(huò)者(zhě)是星团(tuán)的(de)尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在(zài)研究和测量后发星系(xì)团的(de)质(zhì)量。这是(shì)一(yī)个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星(xīng)系团，这些星(xīng)系(xì)被引力(lì)束缚(fù)在一(yī)起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可(kě)以确定(dìng)其质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测(cè)量各个(gè)星系(xì)的(de)光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的(de)计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团(tuán)中的各个星系(xì)相对于星系团的运动速度。当测量结果出来(lái)之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是，在测量(liàng)速度的(de)过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多(duō)星系的速度比理论上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠(kào)这(zhè)些可见(jiàn)星系的质量(liàng)所产生的引力(lì)是无法(fǎ)将它们束(shù)缚在星(xīng)系团内的(de)，它们早就应(yīng)该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此，兹(zī)维基提出了这样(yàng)部分不可见的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光(guāng)、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是(shì)它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分(fēn)的(de)质(zhì)量。只是当(dāng)时的人们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词(cí)才(cái)再(zài)一次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福(fú)特(tè)在观测仙(xiān)女座星系中的(de)恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道(dào)上的运(yùn)行(xíng)速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感到不可思议(yì)。

随着与中心距离(lí)的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转速度几乎(hū)保持(chí)不变。可(kě)是根据牛顿(dùn)的万有(yǒu)引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的(de)质量来吸引它们(men)，这(zhè)些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家们会(huì)使用一种相对标(biāo)准的(de)方法来解释(shì)暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于(yú)是科学家们通过射(shè)电望远镜测(cè)量了(le)距(jù)离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度(dù)并不(bù)符合(hé)牛(niú)顿的力(lì)学定律。我们的(de)太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银(yín)河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万有引力(lì)定律进行计算(suàn)，太阳系的运行(xíng)速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速(sù)度远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这(zhè)种向心加速度的(de)原(yuán)因(yīn)很可能就是(shì)存(cún)在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来(lái)越多的研究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物(wù)质的(de)存在。科学(xué)家根据星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估算在星系(xì)当中暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一(yī)可以解释这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在(zài)一项新的研究当中，科(kē)学家们发(fā)现，几乎没有引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学(xué)家(jiā)还发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多(duō)，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有银(yín)河(hé)系的(de)千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系必(bì)须(xū)存在暗物质(zhì)，否则(zé)就(jiù)会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进的(de)望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用(yòng)正常的(de)物质和力(lì)学定律来解释(shì)的。那么(me)又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物(wù)质(zhì)，已经被附近的另(lìng)一个大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成这(zhè)些现象的除(chú)了(le)暗(àn)物(wù)质的假说之外，另(lìng)一种可能就(jiù)是(shì)人类对引力的理解还不够全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不同(tóng)尺度空(kōng)间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理(lǐ)解(jiě)的方式运(yùn)动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互(hù)作用(yòng)则(zé)是不同(tóng)的方(fāng)式。对于在星系团之间的相互作用，科(kē)学家还引入(rù)了外部场效(xiào)应的概念(niàn)，指的是在(zài)数百万光年的规(guī)模上，巨大的(de)质量之间(jiān)会产生对彼此特(tè)殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味(wèi)着我们需要对(duì)现在的物理定律进(jìn)行(xíng)修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很多(duō)人认为(wèi)暗(àn)物质(zhì)假说理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰撞的星系(xì)团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样(yàng)的(de)星团，它们大部分的(de)普(pǔ)通质(zhì)量都在星系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的(de)相互作用就会导致温(wēn)度的(de)急剧升(shēng)高，速度大幅(fú)降低(dī)。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有(yǒu)这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么(me)我们通过什么来验(yàn)证它的质量区域到(dào)底是不是(shì)集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并(bìng)不(bù)是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地球上的(de)观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大(dà)的(de)天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会(huì)使身(shēn)后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的天体(tǐ)可能是超(chāo)大质量的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物(wù)质。

所以当人(rén)们对子弹星(xīng)系(xì)团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好(hǎo)的(de)解释方法(fǎ)就是(shì)当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间，暗物质(zhì)则(zé)直接通过了(le)这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的(de)引力透镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据。

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除此之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可(kě)以畅(chàng)通(tōng)无阻地(dì)穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留下了各相(xiāng)同性(xìng)的微波辐射。其(qí)中红色(sè)的部分表示温度较高(gāo)的区域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它(tā)们之间的(de)温差(chà)只有万分之一(yī)。

科(kē)学(xué)家们(men)通过对(duì)前景背(bèi)景分离后的(de)二值图像进行连通域(yù)提取和标(biāo)记之后(hòu)发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗(àn)物质，图(tú)形看(kàn)起来不(bù)应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增(zēng)加，一些峰值的(de)幅(fú)度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射的测量值，我们(men)需要的(de)暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星(xīng)运(yùn)动所需(xū)要的(de)暗(àn)物(wù)质(zhì)比例是一(yī)致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就(jiù)很好地解释(shì)了(le)很多不同的(de)观测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它(tā)们不参与任(rèn)何其(qí)他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互(hù)作用。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什(shén)么？科学(xué)家们(men)已经提(tí)出了数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目(mù)标(biāo)粒子所需要的实(shí)验方式也不相同。在过去的几十年(nián)当(dāng)中，人类为(wèi)了(le)寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物(wù)质相互作(zu张都监是什么级别的官，水浒官职品级一览表ò)用的(de)“暗物(wù)质”，科学家们已经(jīng)进行了(le)超过50次的实验，却(què)没有任何(hé)实质性的(de)发现，除了一(yī)个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最大的地学实验室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼高的(de)探测器，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达(dá)到(dào)峰值，然后在(zài)11月降(jiàng)到(dào)最低，而(ér)且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这(zhè)可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直(zhí)接证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河(hé)系(xì)进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这(zhè)意味(wèi)着我们也在以这样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗(àn)物质流(liú)，这个过程(chéng)中会产生相应(yīng)的(de)振荡(dàng)，同(tóng)时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的(de)，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好(hǎo)达到(dào)完全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是(shì)这(zhè)并不影响这个(gè)理(lǐ)论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号(hào)。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度(dù)周(zhōu)期(qī)信号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利(lì)游(yóu)客的数量(liàng)也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个(gè)几乎相同的(de)实验室，这里(lǐ)的(de)季节与(yǔ)之前的实验室(shì)正好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流(liú)的运动特征(zhēng)和第一个实验(yàn)室是一样的(de)。

因此(cǐ)，如(rú)果(guǒ)在这(zhè)里可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为(wèi)暗物质所存(cún)在的(de)非常有力(lì)的证据了。但是(shì)由于(yú)这(zhè)个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目(mù)前还(hái)无法提供相应的数据(jù)支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台(tái)太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供(gōng)的视野是哈(hā)勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远镜(jìng)其中一个(gè)关键的用途就是探索暗(àn)物质背(bèi)后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米实验室粒(lì)子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存在，它们(men)极(jí)有可能(néng)拥有另一(yī)种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中(zhōng)生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一(yī)步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物(wù)质会不(bù)会意味着(zhe)人(rén)类(lèi)并不孤单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个(gè)角落的行星(xīng)上，暗(àn)物质(zhì)正在(zài)通(tōng)过这样的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到(dào)底存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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