宇宙是“人(rén)为制造(zào)”的？为何(hé)会存在(zài)科学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什么？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在(zài)的证(zhèng)据，科(kē)学家(jiā)们在过去(qù)的(de)几十年当中进行了超过50次的(de)长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的(de)有效证(zhèng)据。除了一(yī)个地方，在1687年出版(bǎn)的(de)自然(rán)哲学(xué)数学原理一书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当(dāng)天文学(xué)家们发(fā)现某(mǒu)些(xiē)天体运(yùn)行轨道出现异常(cháng)，不符合(hé)万有引力(lì)定律的时候，他们(men)就(jiù)会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在(zài)摄动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是应(yīng)用(yòng)万有(yǒu)引(yǐn)力定律所取得(dé)重(zhòng)大天文成就(jiù)的例子(zi)。但是这些(xiē)发(fā)现都是(shì)在恒星(xīng)系(xì)统的尺度当中，可(kě)当我们上升到星系(xì)或者是(shì)星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究(jiū)和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨(jù)大星(xīng)系团，这(zhè)些星(xīng)系(xì)被引力束缚(fù)在一(yī)起。测量星系团的质(zhì)量一般会(huì)使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其(qí)质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度(dù)学的质量(liàng)"，需要的数(shù)据是测(cè)量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量(liàng)的计算(suàn)，是(shì)利用(yòng)光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团中(zhōng)的各个星系(xì)相对于星系团(tuán)的运动速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了(le)，或(huò)者(zhě)说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡异的是(shì)，在测(cè)量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要(yào)快(kuài)得多，按照牛顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产(假如给我三天光明主要内容概括50字，假如给我三天光明主要内容概括30字chǎn)生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系(xì)团内(nèi)的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外(wài)了，除(chú)非有一种神(shén)秘的力(lì)量在起(qǐ)作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部(bù)分不可见(jiàn)的(de)暗质，它(tā)不发散(sàn)光、吸光、反射光，但(dàn)是它们(men)却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的人们对(duì)这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来(lái)说(shuō)，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的(de)运行速度(dù)就会越慢。但是(shì)他们观测的结(jié)果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来(lái)吸引它们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种相(xiāng)对标准的方(fāng)法来(lái)解释暗(àn)物质的(de)存(cún)在(zài)，这种方(fāng)法就是测量星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距(jù)离星系(xì)中心的距(jù)离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异(yì)常的结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家(jiā)们(men)通过(guò)射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度(dù)并不符合牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我们的太(tài)阳系(xì)也不例外(wài)，太(tài)阳系位于银河(hé)系的第三悬(xuán)臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际(jì)上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速度，那么(me)产生以上这(zhè)种向(xiàng)心(xīn)加速(sù)度的原(yuán)因很可能就(jiù)是存在着(zhe)一种我们(men)看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的(de)速(sù)度(dù)，估(gū)算在(zài)星系当中暗物(wù)质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不(bù)是(shì)唯(wéi)一可以解(jiě)释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的(de)研究(jiū)当(dāng)中，科学家们(men)发(fā)现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出现(xiàn)速(sù)度(dù)上的微小差异。另外，天文学(xué)家(jiā)还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河(hé)系的千(qiān)分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理论上(shàng)，该星系必须(xū)存在暗物(wù)质，否则就会分崩离(lí)析。但(dàn)是科(kē)学家们(men)使用最(zuì)先进的望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测(cè)量之后，发现(xiàn)星系(xì)中(zhōng)的恒星运动是(shì)可以(yǐ)用正常(cháng)的物质和力(lì)学定(dìng)律(lǜ)来解释的(de)。那(nà)么又有人提出，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近(jìn)的另(lìng)一(yī)个大星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗(àn)物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可能就是人(rén)类(lèi)对引(yǐn)力的理解还(hái)不够(gòu)全(quán)面，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式(shì)是不同(tóng)的(de)，这意(yì)味着在行星系尺度中的(de)天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的(de)方式(shì)运动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的相(xiāng)互作用则是不同的方式(shì)。对于(yú)在(zài)星(xīng)系团之(zhī)间的(de)相互(hù)作用，科学家还(hái)引入(rù)了外部(bù)场(chǎng)效应的概念，指的是在(zài)数百万光年的规(guī)模上(shàng)，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味(wèi)着我们需(xū)要对现在的物理(lǐ)定律进行修(xiū)正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗(àn)物质存在的(de)其(qí)他的理论证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都(dōu)在星系的气体当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体的相互作用就(jiù)会导致(zhì)温(wēn)度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将(jiāng)位(wèi)于(yú)所有这(zhè)些气体所在(zài)的中间区(qū)假如给我三天光明主要内容概括50字，假如给我三天光明主要内容概括30字域(yù)。那么我们通过什么来(lái)验证它的质量区域到底是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当中第(dì)一(yī)张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们(men)可(kě)以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变(biàn)。其(qí)实这些(xiē)星系本(běn)身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的(de)天体和我们(men)地球(qiú)上(shàng)的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都发生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力(lì)透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人(rén)们(men)对(duì)子弹星系团(tuán)观测(cè)的时候(hòu)，发(fā)现(xiàn)它的大(dà)质量区域并不(bù)是(shì)在(zài)中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最好的解释方法就是(shì)当星团发(fā)生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的(de)质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质(zhì)则直接通过了这个区域，并在(zài)两边形成了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系团的(de)引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今为(wèi)止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中最(zuì)古老的(de)光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿(yì)年(nián)之后，这(zhè)些(xiē)光在(zài)宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微波辐(fú)射。其(qí)中红色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则表示(shì)相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们(men)之(zhī)间的(de)温差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背(bèi)景分离后(hòu)的(de)二值图像进行连通域提(tí)取(qǔ)和标记之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来(lái)不应该是这(zhè)样的(de)，而(ér)随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大(dà)约是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这(zhè)个数(shù)字(zì)与解释星系当中恒星运动所需(xū)要的(de)暗物质比例是一致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单的(de)理论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的(de)观测结果。而(ér)暗物(wù)质(zhì)的本质就(jiù)是(shì)宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁(cí)作用，只通(tōng)过(guò)引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于(yú)找(zhǎo)到(dào)了暗(àn)物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科学家(jiā)们(men)已(yǐ)经提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需(xū)要的(de)实验方式也(yě)不相同。在过去(qù)的(de)几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进(jìn)行了超(chāo)过(guò)50次的实验(yàn)，却(què)没有任何实质性的(de)发(fā)现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井(jǐng)当(dāng)中，藏着(zhe)地(dì)球上最(zuì)大的地学实验室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼(lóu)高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数(shù)据收(shōu)集，人(rén)们(men)发现了一个有趣的事情(qíng)。探(tàn)测率会(huì)在(zài)每年(nián)的6月份(fèn)达(dá)到峰值(zhí)，然后在(zài)11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可(kě)能是人类发现(xiàn)暗物质的第(dì)一个直(zhí)接(jiē)证据。

但是为什么暗(àn)物(wù)质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行(xíng)移(yí)动，那么(me)如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这(zhè)样的速度在穿(chuān)越着暗(àn)物质(zhì)流，这个过(guò)程中会产(chǎn)生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河(hé)系的方向(xiàng)是一致(zhì)的，而(ér)另外半年(nián)则(zé)与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳(yáng)的方向正好达(dá)到完(wán)全(quán)一致，这是理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗物质(zhì)流最快(kuài)的(de)时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的(de)情况中，太阳系相对银(yín)河系的平(píng)面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是(shì)这并不影响(xiǎng)这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释(shì)，研究(jiū)人(rén)员(yuán)们所观测(cè)到(dào)的周期性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造(zào)成这种年度周期信号的差(chà)异也可能(néng)是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的(de)积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量(liàng)也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立(lì)了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与(yǔ)之前(qián)的实验(yàn)室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动(dòng)特征和第一个(gè)实验室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这(zhè)里(lǐ)可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗物质所存(cún)在(zài)的非常有力的证(zhèng)据了(le)。但(dàn)是(shì)由于这个实(shí)验室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还(hái)无法提供相应的(de)数据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提供的视野是哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个(gè)关键(jiàn)的用途就是探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞(dàn)生(shēng)，或(huò)者说是生命进化的一(yī)个重要因素(sù)。

如(rú)果这(zhè)一理论得(dé)到(dào)进(jìn)一步的证实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物质(zhì)会不会意味着(zhe)人(rén)类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创造(zào)生命(mìng)。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(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你(nǐ)的(de)支(zhī)持是我更新的动力！

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