宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家(jiā)们在(zài)过去的几(jǐ)十年当中进行了(le)超过(guò)50次(cì)的长期(qī)实验，但是却没(méi)有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的(de)自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规(guī)律。往(wǎng)后的几百年来，当天(tiān)文(wén)学家们发现某些天体运行(xíng)轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定律的时(shí)候，他(tā)们就会知道，周围(wéi)一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星(xīng)运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算并且发(fā)现了海王(wáng)星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有引力(lì)定律所取(qǔ)得(d水晶有灵性是不是迷信，水晶是辟邪还是招鬼é)重大天文成就的例子(zi)。但是这些发现都是在恒星(xīng)系(xì)统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系(xì)或者是星团的尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物(wù)理学家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在研究和测量后发(fā)星系团的质(zhì)量。这是(shì)一个由数千个星系所组成的巨(jù)大(dà)星系(xì)团(tuán)，这些星系(xì)被引力束缚在一(yī)起。测(cè)量(liàng)星系团的质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方(fāng)法结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度(dù)学的质量"，需(xū)要(yào)的数据是测量各个星系的光(guāng)度。

第(dì)二种是(shì)动力(lì)学(xué)质(zhì)量的计算(suàn)，是利用光谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中(zhōng)的(de)各个星系(xì)相(xiāng)对(duì)于星系团(tuán)的运动(dòng)速度。当测量结(jié)果出来之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质(zhì)量消失了(le)，或者说这99%的质量(liàng)并不(bù)以可见光的(de)形式所(suǒ)存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的(de)过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星(xīng)系的速度(dù)比(bǐ)理论上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生(shēng)的引力是无(wú)法将它们(men)束缚在星系团(tuán)内的，它(tā)们早就应该被抛出(chū)星系团之外(wài)了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘(mì)的力(lì)量在起作(zuò)用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可(kě)见的(de)暗质，它不发(fā)散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光，但是(shì)它们却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部分的质量(liàng)。只是(shì)当时的(de)人们对这样(yàng)的一种说法不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再一(yī)次出现。天(tiān)文(wén)学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特在(zài)观测仙女座(zuò)星(xīng)系(xì)中的恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心(xīn)越远(yuǎn)的恒(héng)星在(zài)其轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测(cè)的结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力定律，在(zài)星系当中如果(guǒ)没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气(qì)体(tǐ)的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其(qí)中。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜测量了距离(lí)星系中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋(xuán)转速(sù)度(dù)并(bìng)不(bù)符合(hé)牛顿的(de)力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河(hé)系(xì)的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离(lí)银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据万(wàn)有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个实际(jì)速度远远大于(yú)理论速度，那么产生以上这(zhè)种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的(de)原因很可能就(jiù)是(shì)存在着一种我们看(kàn)不到(dào)的物质，是(shì)这(zhè)些暗物质的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚集在(zài)了一(yī)起。

也是从这时(shí)开始，越来(lái)越多的研(yán)究人员开(kāi)始相(xiāng)信(xìn)暗物质的(de)存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估(gū)算在星(xīng)系当中暗(àn)物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个(gè)现象的原因。在一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发(fā)现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河系不多(duō)，但是星系当(dāng)中存在(zài)的(de)恒星数量却只有银河(hé)系的(de)千分之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则(zé)就会分(fēn)崩(bēng)离(lí)析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个(gè)小时的详细测量之后(hòu)，发现星系(xì)中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力学(xué)定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的(de)暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星(xīng)系存在。造成这(zhè)些(xiē)现象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人类对引力(lì)的(de)理解还不够全(quán)面，引(yǐn)力很可能(néng)在(zài)不(bù)同尺度(dù)空间中的工作方式是不同的(de)，这意味着在行(xíng)星系尺度(dù)中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按(àn)照我(wǒ)们(men)所理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是(shì)上升到星系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相(xiāng)互(hù)作用则是不同的方(fāng)式。对(duì)于在星系(xì)团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场(chǎng)效应的概念，指的(de)是在(zài)数百万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨(jù)大的质量之间会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们需要(yào)对现在(zài)的物理定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些发现也(yě)让很多(duō)人认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于(yú)暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的(de)其他的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年(nián)的子(zi)弹(dàn)星系团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的(de)星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际气(qì)体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹(dàn)星系团大部分的(de)质量将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所(suǒ)在的中间区域(yù)。那么我们通过什么来(lái)验证它的质量区域到底是不(bù)是(shì)集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片(piàn)中(zhōng)我们(men)可以(yǐ)明(míng)显(xiǎn)地看到很(hěn)多星(xīng)系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本身并不是真(zhēn)的(de)被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远的(de)天体和我们地球上的观(guān)测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的(de)光都发生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大(dà)质量(liàng)的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系团观测的时候(hòu)，发(fā)现(xiàn)它的大质量区(qū)域(yù)并不是(shì)在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方(fāng)法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到的(de)质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物(wù)质存在的迄(qì)今为(wèi)止最(zuì)好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下(xià)了各(gè)相(xiāng)同性的(de)微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区(qū)域，但实际上它们(men)之间的温差(chà)只(zhǐ)有万(wàn)分之一。

科学家们通过对(duì)前(qián)景背景(jǐng)分离(lí)后的二值图像进行连通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不(bù)应(yīng)该是这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐射(shè)的测量值，我们(men)需(xū)要的暗(àn)物(wù)质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个(gè)数(shù)字与(yǔ)解释星(xīng)系当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例(lì)是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架(jià)，就很(hěn)好地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本(běn)质(zhì)就是宇宙当中存在(zài)着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它(tā)们(men)不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗(àn)物质存在(zài)的实际证据(jù)。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什(shén)么(me)？科(kē)学(xué)家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而要(yào)寻找这些不同(tóng)的目标粒子(zi)所需要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的(de)几(jǐ)十年(nián)当中，人类(lèi)为了(le)寻找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与常(cháng)规(guī)物质相互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的(de)实验(yàn)，却没(méi)有任何实质性的发(fā)现(xiàn)，除了(le)一个(gè)地方，意大利的格兰(lán)萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的(de)地下矿(kuàng)井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地(dì)球(qiú)上最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层(céng)楼高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的(de)科学(xué)家声称观(guān)测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数(shù)据(jù)收集，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而(ér)且(qiě)在20年当中每(měi)年都是一样。一些科(kē)学家(jiā)认为这可能是人类发现暗物(wù)质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗(àn)物(wù)质会产(chǎn)生(shēng)周期(qī)性的年(nián)度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味(wèi)着我们也在以这样的速度(dù)在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而另(lìng)外(wài)半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的(de)方向正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这(zhè)并不影响这(zhè)个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家(jiā)认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人员们(men)所(suǒ)观测到(dào)的周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成(chéng)这(zhè)种年度周期信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高(gāo)山(shān)上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合这(zhè)个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以，科(kē)学(xué)家们又在南半球建立了(le)一个几(jǐ)乎相(xiāng)同(tóng)的实验室，这(zhè)里的季(jì)节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征(zhēng)和第(dì)一个(gè)实(shí)验室是一(yī)样(yàn水晶有灵性是不是迷信，水晶是辟邪还是招鬼g)的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到(dào)相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物(wù)质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截(jié)至目前还无法提供相应的(de)数据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新的望远镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提供(gōng)的视(shì)野(yě)是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗(àn)物质存在，它(tā)们极有可能(néng)拥(yōng)有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化(huà)的一个重要因素。

如(rú)果这一(yī)理(lǐ)论得到进一步的(de)证实，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗物(wù)质会不会(huì)意(yì)味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的(de)大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实(shí)际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到(dào)底(dǐ)存(cún)不存(cún)在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力(lì)！

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