宇(yǔ)宙是“人(rén)为(wèi)制造”的？为(wèi)何(hé)会存在科(kē)学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是(shì)什(shén)么？人类为了寻找暗物(wù)质存(cún)在的证据(jù)，科学(xué)家们在过去的(de)几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期(qī)实验，但(dàn)是(shì)却没(méi)有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个(gè)地方(fāng)，在(zài)1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的(de)几百年来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定律(lǜ)的(de)时候，他们就会知(zhī)道(dào)，周围一定有未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力(lì)在摄动它的轨道(d德国对中国友好吗，德国对中国怎么样ào)。比如在(zài)1846年(nián)，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通(tōng)过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并(bìng)且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们上升(shēng)到星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学家弗(fú)里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星系团的质量(liàng)。这是一个由(yóu)数(shù)千个(gè)星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束缚(fù)在一起。测量星系团的(de)质量(liàng)一般会使用到(dào)两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量(liàng)的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利(lì)用光(guāng)谱红移测量星系团中的各(gè)个星系相对(duì)于星系(xì)团(tuán)的运动速度。当测量(liàng)结(jié)果出来之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是“光度学(xué)质(zhì)量”的(de)400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后发(fā)座星系团有99%的(de)质量(liàng)消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不(bù)以可见光(guāng)的形式所(suǒ)存在(zài)，我们无法看到(dào)。最(zuì)诡异的(de)是，在测(cè)量(liàng)速度的(de)过(guò)程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系(xì)团(tuán)中(zhōng)很多星系(xì)的(de)速度比德国对中国友好吗，德国对中国怎么样理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚(fù)在(zài)星系(xì)团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的(de)力量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基(jī)提出了这样(yàng)部分不可见的暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它(tā)们(men)却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的(de)人们对这样的(de)一种说法不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物质”这个(gè)词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特在观测仙女(nǚ)座(zuò)星(xīng)系中的恒星(xīng)运动。理论上来说(shuō)，距离(lí)中心(xīn)越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果却(què)让人(rén)感到不可思(sī)议。

随(suí)着与中心距离的(de)增(zēng)加，恒星的(de)旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的(de)恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用(yòng)一种(zhǒng)相对(duì)标准的方法来解释(shì)暗物质的(de)存(cún)在，这种方法(fǎ)就是测量星系(xì)当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转速度(dù)。如果出(chū)现异常的结果，就认为是由暗(àn)物(wù)质的力量进入(rù)其中。

于是科学家们通(tōng)过射(shè)电(diàn)望远镜测(cè)量了距离(lí)星系中心更远距离的(de)氢元素(sù)，发现它们的旋(xuán)转速度并不(bù)符合牛(niú)顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们的(de)太(tài)阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系(xì)的第三(sān)悬臂之上，距离(lí)银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速(sù)度，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的原(yuán)因很可(kě)能就(jiù)是存在(zài)着一种(zhǒng)我们看不(bù)到的(de)物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这(zhè)时开始，越来越多(duō)的研究人(rén)员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质(zhì)的存在(zài)。科学家根据星(xīng)系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算(suàn)在星系当中暗物(wù)质的质(zhì)量占整个(gè)星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是(shì)唯(wéi)一(yī)可(kě)以解释这个现象的(de)原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出现速度上(shàng)的(de)微小差异(yì)。另外，天文学家还发现了(le)一个反常的(de)星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地球大约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银(yín)河系(xì)不多，但是星(xīng)系(xì)当中存在的恒(héng)星数(shù)量却(què)只有银河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在(zài)暗(àn)物质，否则就(jiù)会分崩离(lí)析。但是科(kē)学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发(fā)现(xiàn)星系(xì)中的恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用正常的物(wù)质和(hé)力(lì)学定律来解释的。那(nà)么又有人提(tí)出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种(zhǒng)可(kě)能就是人(rén)类对引力的理解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作方式(shì)是不同(tóng)的，这意(yì)味着(zhe)在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道(dào)，按(àn)照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系和星团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的(de)相互(hù)作(zuò)用(yòng)则是不同的方式。对于在星系(xì)团之间的相互作用(yòng)，科学(xué)家还引(yǐn)入了外部场效(xiào)应的(de)概念，指的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要对现在的(de)物理定律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很(hěn)多(duō)人(rén)认(rèn)为暗(àn)物质假说(shuō)理论就(jiù)此终结。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的(de)其他(tā)的理(lǐ)论证据(jù)，这(zhè)些理论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样的(de)星(xīng)团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星(德国对中国友好吗，德国对中国怎么样xīng)系(xì)的气体当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作(zuò)用就会导致温(wēn)度的(de)急剧(jù)升(shēng)高(gāo)，速度大(dà)幅降低(dī)。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所(suǒ)在的中间区域(yù)。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不(bù)是集中(zhōng)在中(zhōng)间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当(dāng)中(zhōng)第(dì)一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我(wǒ)们可(kě)以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们(men)地(dì)球(qiú)上(shàng)的(de)观(guān)测者(zhě)之间。被一个质量超(chāo)级巨大的(de)天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大质量的东(dōng)西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光(guāng)都发生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的天(tiān)体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人(rén)们(men)对(duì)子(zi)弹星(xīng)系(xì)团观测的时(shí)候，发现它的大质量区(qū)域(yù)并(bìng)不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解(jiě)释方法就是(shì)当星团发生(shēng)全部的(de)碰撞时(shí)，可被观测到的质(zhì)量(liàng)气(qì)体被卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通过了这个区(qū)域(yù)，并在两(liǎng)边形(xíng)成了引力透镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的引力透(tòu)镜(jìng)研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还(hái)有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿(yì)年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留下(xià)了各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷的区域，但实(shí)际(jì)上它们之间的温差只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家们通过对前(qián)景(jǐng)背景分离后的二值(zhí)图像进行连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不应(yīng)该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅(fú)度会减小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的测(cè)量值(zhí)，我们需要的暗物(wù)质大约是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就(jiù)很好(hǎo)地(dì)解释了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他(tā)的(de)电磁(cí)作(zuò)用(yòng)，只通过引力来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如(rú)果能(néng)够找到这(zhè)种粒子的存在，就(jiù)相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的实(shí)际(jì)证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们已经提出(chū)了数(shù)十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子所(suǒ)需(xū)要的实验(yàn)方(fāng)式也不相同。在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些(xiē)看(kàn)不见(jiàn)、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行(xíng)了超过50次的实验，却没(méi)有任(rèn)何实质性(xìng)的(de)发现，除了一(yī)个地方(fāng)，意大利的(de)格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最大的(de)地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼(lóu)高的探测(cè)器(qì)，一直致(zhì)力于寻(xún)找暗物(wù)质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个有趣的事(shì)情。探测率会在(zài)每(měi)年(nián)的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降到最低，而且在(zài)20年当中每(měi)年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗(àn)物质(zhì)会产生周期性的(de)年度信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年(nián)的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕(rào)银(yín)河系的方向是一致的，而另外(wài)半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而(ér)在(zài)6月份的时(shí)候，地(dì)球与太阳的方(fāng)向正好达到完(wán)全一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿(chuān)越(yuè)暗物质流最(zuì)快(kuài)的时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的(de)情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对银(yín)河系的(de)平(píng)面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家(jiā)认(rèn)为这(zhè)可以用(yòng)来解释，研究人员们所观测到(dào)的周(zhōu)期性信号(hào)。当然也可(kě)能有(yǒu)其他的(de)情况，造(zào)成这种年度(dù)周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数(shù)量(liàng)也符合(hé)这个(gè)周期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在(zài)南半球建(jiàn)立(lì)了一个几(jǐ)乎相同的实(shí)验室(shì)，这里的(de)季节与之前(qián)的(de)实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物(wù)质(zhì)流的运(yùn)动特征和第一个实(shí)验室是一(yī)样的(de)。

因此，如果在这(zhè)里可以得(dé)到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所以截至(zhì)目(mù)前(qián)还无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新的(de)望远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视场仪器(qì)提(tí)供的视野是(shì)哈勃(bó)红外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格(gé)雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键(jiàn)的用途就是探(tàn)索暗物质(zhì)背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测的(de)结果，我(wǒ)们只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实(shí)验(yàn)室(shì)粒(lì)子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在，它们极(jí)有可能(néng)拥(yōng)有(yǒu)另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的(de)诞(dàn)生(shēng)，或者说是生命进化(huà)的一个重(zhòng)要因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得到进一步的证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物质会不(bù)会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中某个(gè)角落(luò)的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这样的(de)效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的(de)大前提是要先(xiān)找到暗(àn)物(wù)质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支持是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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