宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造(zào)”的？为何会(huì)存(cún)在科学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)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(zhōng)进行了(le)超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任(rèn)何的有效(xiào)证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发(fā)表了(le)万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规(guī)律。往后(hòu)的(de)几百年(nián)来，当天文(wén)学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的(de)时(shí)候，他们(men)就会知(zhī)道，周围(wéi)一定有未知的天体通过引力(lì)在(zài)摄动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过(guò)天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力(lì)定律所取得重大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现(xiàn)都是在恒星(xīng)系(xì)统的(de)尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的(de)尺度，事情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学家弗里茨兹威(wēi)基正在(zài)研究和(hé)测(cè)量(liàng)后(hòu)发星(xīng)系团的质量(liàng)。这是(shì)一个(gè)由数千个星系(xì)所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一(yī)般会(huì)使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的范(fàn)围。

第(dì)一(yī)种是获得其"光度(dù)学的(de)质量(liàng)"，需(xū)要的数(shù)据(jù)是(shì)测(cè)量各(gè)个(gè)星系的(de)光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的(de)各个星系相对(duì)于星系团(tuán)的(de)运(yùn)动速度。当测量(liàng)结果出(chū)来(lái)之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的(de)质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量(liàng)并不(bù)以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的(de)速度比理论(lùn)上要快得多(duō)，按(àn)照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力是无(wú)法将它们束(shù)缚在星系(xì)团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛(pāo)出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部(bù)分不可见的暗质，它不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却(què)占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们(men)对(duì)这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗(àn)物(wù)质”这个(gè)词才再一次出现。天文学(xué)家(jiā)维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论(lùn)上来说，距(jù)离中心越远的(de)恒星(xīng)在其轨道上(shàng)的运(yùn)行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的(de)增(zēng)加，恒星的旋转速(sù)度几(jǐ)乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系(xì)当中如果没(méi)有足够大的质(zhì)量(liàng)来(lái)吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们(men)会(huì)使用(yòng)一种相对(duì)标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释暗物(wù)质的(de)存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系(xì)当中气体在(zài)X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的(de)力(lì)量进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电(diàn)望远镜测(cè)量了距离(lí)星系中(zhōng)心更(gèng)远距(jù)离的氢元素，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合(hé)牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳(yáng)系也不(bù)例外，太(tài)阳系(xì)位(wèi)于银河(hé)系的(de)第(dì)三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律进行计算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速度(dù)应该是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太(tài)阳系(xì)正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可(kě)能就是存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物(wù)质的引力(lì)效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的(de)存在。科学家根(gēn)据星系(xì)外(wài)恒星轨(guǐ)道的速度，估(gū)算在星系当中暗物质的(de)质量占(zhàn)整个星系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不(bù)是唯一(yī)可以解释这(zhè)个现象的(de)原因。在一项新的研究当中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力效应的遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会(huì)出现速度上(shàng)的微(wēi)小差异(yì)。另外，天(tiān)文(wén)学家还发现了(le)一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，该星系(xì)必须(xū)存在暗(àn)物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细(xì)测量之(zhī)后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经(jīng)被附近的另一(yī)个大星系剥离了(le)。奇怪(guài)的是(shì)，它的附近没有任何星(xīng)系存在(zài)。造成(chéng)这些(xiē)现(xiàn)象的除了(le)暗物质(zhì)的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够(gòu)全面(miàn)，引力很可能在(zài)不(bù)同尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味着(zhe)在行星系尺度(dù)中的天体会沿着(zhe)它们的(de)轨道，按照(zhào)我(wǒ)们所理(lǐ)解的(de)方(fāng)式(shì)运动(dòng)。但是上升到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不(bù)同的方式。对于(yú)在星系团(tuán)之(zhī)间的(de)相互(hù)作用(yòng)，科(kē)学家还引入了外部场效应的概念，指的(de)是在(zài)数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间(jiān)会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我(wǒ)们需要(yào)对现在的物理定律进(jìn)行(xíng)修正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人认为暗物质假说理论就此终结(jié)。但是(shì)在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于暗物质存在的(de)其(qí)他(tā)的理(lǐ)论(lùn)证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没法解释(shì)的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子(zi)弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导(dǎo1h等于多长时间怎么算，1h等于多少时间)致温度的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降(jiàng)低(dī)。所以在理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部(bù)分的(de)质量(liàng)将位于所有这(zhè)些气体所在的(de)中间区域。那么(me)我们通过什么来验证它的质(zhì)量(liàng)区域(yù)到底是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照(zhào)片(piàn)，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大的(de)天体遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个(gè)现象就是(shì)引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星(xīng)系团观测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的解释方(fāng)法(fǎ)就是(shì)当星团发生全(quán)部的(de)碰撞时，可被(bèi)观(guān)测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通过了(le)这个区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子(zi)弹星系(xì)团(tuán)的引力透(tòu)镜研究也被(bèi)认为是暗(àn)物质存在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光终于(yú)可以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留(liú)下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示(shì)温度(dù)较(jiào)高(gāo)的(de)区域，蓝色则表示相对(duì)较冷(lěng)的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科学家们通过对(duì)前景(jǐng)背景(jǐng)分(fēn)离后的二值(zhí)图像进(jìn)行连通域提取和(hé)标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物(wù)质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该是这样(yàng)的，而随(suí)着暗物质的(de)增加(jiā)，一些峰值(zhí)的(de)幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的(de)测量(liàng)值(zhí)，我(wǒ)们(men)需(xū)要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理(lǐ)论框架，就很好地(dì)解释了很多不同的(de)观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与任(rèn)何其(qí)他的电磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科学家(jiā)们已经提出(chū)了数十种的假想目标(biāo)，而(ér)要寻(xún)找这(zhè)些不同(tóng)的目标粒(lì)子所需要的实验(yàn)方式(shì)也不(bù)相同(tóng)。在(zài)过去(qù)的几十年当中，人类为了(le)寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸(mō)不到，几乎不会(huì)与常(cháng)规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已(yǐ)经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除(chú)了(le)一个(gè)地(dì)方，意大利(lì)的(de)格兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大(dà)的(de)地(dì)学实验室(shì)，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探(tàn)测(cè)器，一(yī)直致力于寻(xún)找暗(àn)物质粒子的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称(chēng)观测(cè)到了某种信号。经过了(le)20多年的数据收(shōu)集，人(rén)们发现了一个有(yǒu)趣的事情(qíng)。探(tàn)测(cè)率(lǜ)会(huì)在每年(nián)的(de)6月份达到峰(fēng)值，然(rán)后在(zài)11月降到(dào)最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学家认(rèn)为这可能(néng)是人类(lèi)发现暗物质的第(dì)一(yī)个(gè)直接证据。

但(dàn)是(shì)为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存(cún)在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物质流(liú)，这个过(guò)程(chéng)中会(huì)产生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与(yǔ)太阳的(de)方向正好(hǎo)达到完(wán)全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗(àn)物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相对银(yín)河(hé)系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但(dàn)是这并不影(yǐng)响这个理论的(de)有效性。

因此科学家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号。当(dāng)然(rán)也可能有其(qí)他的情况，造成这种年度周期(qī)信(xìn)号的差异(yì)也可能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立(lì)了一个几乎相同的(de)实验室，这里的季节(jié)与之前的实验室(shì)正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运1h等于多长时间怎么算，1h等于多少时间动特(tè)征和第一(yī)个实验室是一样的(de)。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的(de)非常有力的证(zhèng)据了。但(dàn)是(shì)由于这个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成不(bù)久，所以截至目前还无法提供(gōng)相(xiāng)应(yīng)的(de)数据支持(chí)。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望(wàng)远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器(qì)提(tí)供的视(shì)野是(shì)哈勃红(hóng)外(wài)仪(yí)器的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望远镜(jìng)其中(zhōng)一个关键(jiàn)的用途就(jiù)是探索暗物质(zhì)背后的(de)奥(ào)秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究发(fā)现，如(rú)果暗物质存在，它(tā)们(men)极(jí)有可能拥有另(lìng)一种神秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的(de)一(yī)个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当(dāng)中某个(gè)角落(luò)的(de)行星上，暗(àn)物质正在通过这(zhè)样的效应创(chuàng)造(zào)生(shēng)命(mìng)。当然(rán)，这些推论的(de)大前提是(shì)要先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的动力！

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