宇宙是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在(zài)的证据(jù)，科学家们(men)在(zài)过(guò)去的几(jǐ)十年当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学(xué)家们发现(xiàn)某些(xiē)天体(tǐ)运行轨道出现异常，不(bù)符合(hé)万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时(shí)候，他(tā)们就会(huì)知(zhī)道(dào)，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的(de)天体(tǐ)通(tōng)过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过(guò)天(tiān)王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了(le)海王(wáng)星的存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发(fā)现(xiàn)都是应用万有引(yǐn)力定律所取得(dé)重大天文成(chéng)就(jiù)的例子(zi)。但是(shì)这些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨(cí)兹(zī)威基正在研究和测量(liàng)后(hòu)发星系团的(de)质量。这(zhè)是一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一(yī)起。测(cè)量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确定(dìng)其(qí)质量的范围。

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

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移(yí)测量星系团中的各(gè)个星系(xì)相对于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出(chū)来(lái)之后，兹(zī)威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所存(cún)在，我们无(wú)法看到(dào)。最诡异(yì)的(de)是，在测(cè)量速度的(de)过程中，兹威基发(fā)现星系团中很(hěn)多星(xīng)系的(de)速度比理论上要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星(xīng)系的质量(liàng)所产生的引力(lì)是无法将它们束缚(fù)在星(xīng)系(xì)团内的，它们(men)早(zǎo)就应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量(liàng)来源(yuán)于(yú)某(mǒu)种隐(yǐn)形的(de)物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不可见的(de)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)中绝大(dà)部(bù)分(fēn)的质(zhì)量。只是当时的(de)人们对这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒(héng)星在其轨(guǐ)道上(shàng)的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律，在星系当中如(rú)果没(méi)有足(zú)够大的质(zhì)量来(lái)吸(xī)引它(tā)们，这(zhè)些(xiē)外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了(le)。基于这(zhè)种现象，科(kē)学家们(men)会使用一(yī)种相对标准的方法来(lái)解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当(dāng)中气(qì)体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果出(chū)现异常的结(jié)果，就(jiù)认(rèn)为(wèi)是由暗物质的(de)力量进入其中(zhōng)。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测量了距离星(xīng)系(xì)中心(xīn)更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太(tài)阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂(bì)之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行(xíng)计算(suàn)，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么(me)产生以(yǐ)上(shàng)这种向心加速度的原(yuán)因(yīn)很可(kě)能(néng)就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗(àn)物质的引力效(xiào)应将星系聚(jù)集在了(le)一(yī)起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究(jiū)人(rén)员开始相信(xìn)暗物(wù)质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的速(sù)度，估算在星系当(dāng)中暗物质的(de)质量占整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不(bù)是唯一可以解(jiě)释这个现象(xi身份证号码150开头是哪里的，身份证号150开头的是哪里的àng)的原(yuán)因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应的(de)遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度(dù)上(shàng)的微小差(chà)异。另外，天(tiān)文学(xué)家还发现了一(yī)个反(fǎn)常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河系不多，但(dàn)是星系当中存在的(de)恒星数(shù)量却只有银(yín)河(hé)系的千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须(xū)存在(zài)暗物质，否则(zé)就会(huì)分(fēn)崩离析。但(dàn)是科(kē)学家(jiā)们使(shǐ)用(yòng)最(zuì)先进的望远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小时(shí)的详细(xì)测量之(zhī)后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用(yòng)正常的物(wù)质和(hé)力学(xué)定(dìng)律(lǜ)来解释的(de)。那(nà)么又有(yǒu)人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另一(yī)个大星系(xì)剥离了。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近没有任何星(xīng)系(xì)存在。造(zào)成这些现象的除了暗(àn)物质的假说(shuō)之外，另一种可能(néng)就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的(de)轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升(shēng)到星系和(hé)星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在(zài)星系团之(zhī)间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外(wài)部场(chǎng)效应的概念，指的是在(zài)数百万光年的规模(mó)上(shàng)，巨大的(de)质(zhì)量之间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要(yào)对现在的(de)物理定(dìng)律进(jìn)行修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当(dāng)中还(hái)有关于暗(àn)物(wù)质存在的其他的理(lǐ)论证据(jù)，这(zhè)些理论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没(méi)法解释的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离(lí)为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似(shì)这(zhè)样(yàng)的(de)星团(tuán)，它(tā)们(men)大部分的普通(tōng)质量都在星(xīng)系的(de)气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就会(huì)导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团(tuán)大部分的质(zhì)量将位于所(suǒ)有这些(xiē)气(qì)体所在的中间区域。那么我们通过什(shén)么来验(yàn)证它的质量区域到(dào)底是(shì)不(bù)是集(jí)中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我(wǒ)们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形(xíng)变。其实(shí)这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这(zhè)样(yàng)极(jí)遥远的天体和我们地球上的(de)观测者之间。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会(huì)使身后(hòu)更遥(yáo)远星系的光(guāng)都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个(gè)现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是(shì)超(chāo)大(dà)质量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物(wù)质(zhì)。

所以当人们对子(zi)弹(dàn)星系(xì)团(tuán)观测的时候，发现它的大质量区(qū)域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就(jiù)是(shì)当星团发(fā)生全部(bù)的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体(tǐ身份证号码150开头是哪里的，身份证号150开头的是哪里的)被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为(wèi)是(shì)暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了(le)各(gè)相同(tóng)性的微波辐(fú)射(shè)。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实际上它们之(zhī)间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后的二(èr)值图像进行连通域(yù)提(tí)取(qǔ)和(hé)标记(jì)之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是(shì)这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的测量值，我(wǒ)们需要的(de)暗(àn)物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星(xīng)系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例是一(yī)致(zhì)的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很(hěn)好地解释了很多不(bù)同的(de)观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质(zhì)的本(běn)质就是宇宙当中存(cún)在着某种类(lèi)型的粒(lì)子(zi)，它们不参与任(rèn)何(hé)其他的电磁作用，只通(tōng)过(guò)引力来相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提(tí)出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需(xū)要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与常规物(wù)质相互作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家们已经进(jìn)行了超过50次的(de)实验，却没(méi)有任(rèn)何实质性(xìng)的(de)发(fā)现，除(chú)了一个地(dì)方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上最大的地学(xué)实验室，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼(lóu)高的(de)探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家(jiā)声(shēng)称观测(cè)到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发(fā)现(xiàn)了一个有(yǒu)趣(qù)的事(shì)情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年(nián)当中(zhōng)每年都是一(yī)样(yàng)。一些科学(xué)家认(rèn)为这可(kě)能是人类(lèi)发现(xiàn)暗(àn)物质的第(dì)一个(gè)直接证据。

但(dàn)是(shì)为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信(xìn)号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银(yín)河(hé)系进行移动，那么如果暗物质(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着暗(àn)物(wù)质(zhì)流，这个(gè)过程中会产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间，地(dì)球围绕太阳(yáng)的方向与太(tài)阳环绕银河(hé)系的方向是一(yī)致(zhì)的，而(ér)另外半年(nián)则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完(wán)全一致，这(zhè)是(shì)理论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了(le)最慢(màn)值。尽管在(zài)实际的(de)情况(kuàng)中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河(hé)系的(de)平面呈(chéng)现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是(shì)这(zhè)并不(bù)影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来(lái)解释，研究(jiū)人(rén)员们(men)所观测到的(de)周期(qī)性信号。当然(rán)也(yě)可能(néng)有其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周(zhōu)期信(xìn)号(hào)的(de)差异也可能是温度、湿(shī)度(dù)、土(tǔ)壤(rǎng)中的(de)水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们(men)又在(zài)南半球建(jiàn)立了(le)一个几乎相同的实验(yàn)室(shì)，这里(lǐ)的季节(jié)与之前(qián)的实(shí)验室正好相(xiāng)反，而(ér)在这(zhè)里，地(dì)球穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是一样的(de)。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以得到(dào)相同(tóng)的信号，就(jiù)可以成(chéng)为暗(àn)物(wù)质(zhì)所存在(zài)的非常有力的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前(qián)还(hái)无法提供相应的数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用途就(jiù)是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能(néng)拥(yōng)有另一种神秘(mì)的效应(yīng)，这种暗(àn)物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物质会(huì)不会(huì)意(yì)味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的(de)大前(qián)提是要先找(zhǎo)到暗物质存(cún)在的实际证据。那么(me)小(xiǎo)伙(huǒ)伴(bàn)们(men)，你们(men)觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持(chí)是我更(gèng)新的动力！

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