宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会(huì)存在科学(xué)无法解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟是什么？人(rén)类(lèi)为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学(xué)家们(men)在过去的几十年当(dāng)中进行(xíng)了超过(guò)50次(cì)的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证据(jù)。除了(le)一个地方(fāng)，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了(le)万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律，它(tā)揭(jiē)示了(le)宇(yǔ)宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文学家们发(fā)现某些(xiē)天体运行轨道(dào)出现异(yì)常，不符合(hé)万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引(yǐn)力在摄(shè)动(dòng)它的轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行(xíng)轨道的异(yì)常(cháng)，推算并且发现(xiàn)了(le)海王星(xīng)的(de)存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都(dōu)是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律所取得(dé)重大天文成就(jiù)的例(lì)子。但是这(zhè)些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在研(yán)究和测量后(hòu)发(fā)星系(xì)团的质(zhì)量。这(zhè)是一个由(yóu)数千(qiān)个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系(xì)团(tuán)，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系团的质(zhì)量(liàng)一般会使用到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方(fāng)法结果一致(zhì)，就可以确定(dìng)其(qí)质量的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系(xì)的光度。

第二种是动(dòng)力学质量(liàng)的(de)计算，是利(lì)用光谱红移测量(liàng)星(xīng)系团(tuán)中的各(gè)个星系(xì)相对于星系(xì)团的运(yùn)动速度。当测(cè)量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星系团有99%的(de)质量(liàng)消失(shī)了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测(cè)量速度的过一个男人叫女人乖乖是什么意思，一个男人叫你乖乖意味着什么程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星(xīng)系的速度比理论上(shàng)要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可(kě)见(jiàn)星系的质量(liàng)所(suǒ)产生的引力是无法将它们(men)束缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它们早就应该被抛出星(xīng)系(xì)团之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量(liàng)来(lái)源于(yú)某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了(le)这样(yàng)部分不可见的暗质(zhì)，它不(bù)发(fā)散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但(dàn)是(shì)它们却(què)占据着宇宙中(zhōng)绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只是当时的(de)人们对(duì)这样的一(yī)种说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测(cè)仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理论(lùn)上来说(shuō)，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒(héng)星在(zài)其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果(guǒ)却让人(rén)感到(dào)不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的增(zēng)加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质量(liàng)来(lái)吸引(yǐn)它们(men)，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们(men)会使(shǐ)用一(yī)种相对标准的(de)方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是测量(liàng)星系当中气(qì)体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以及(jí)在Y轴上气(qì)体的(de)旋转速度。如果出现异(yì)常的结果(guǒ)，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质(zhì)的(de)力量(liàng)进入其(qí)中。

于是科学家(jiā)们通过射电望远镜测量了(le)距离星系(xì)中心更远距离的氢(qīng)元素(sù)，发现它们的旋转速度(dù)并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外(wài)，太(tài)阳系位于银河(hé)系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力(lì)定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速(sù)度的原因很可能就是(shì)存(cún)在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是(shì)这(zhè)些暗(àn)物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来越多的研究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道(dào)的速度，估(gū)算在星(xīng)系(xì)当(dāng)中暗(àn)物(wù)质(zhì)的质(zhì)量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是唯一可以(yǐ)解释(shì)这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有引力效应的(de)遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系(xì)不多(duō)，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银(yín)河(hé)系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对其进(jìn)行了(le)40个(gè)小(xiǎo)时的(de)详细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运动是可(kě)以用(yòng)正常的物质(zhì)和(hé)力学定律来解(jiě)释的。那(nà)么又有人提出(chū)，也许该星系的暗(àn)物质(zhì)，已经(jīng)被附近(jìn)的另(lìng)一个(gè)大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造(zào)成(chéng)这(zhè)些现(xiàn)象(xiàng)的除(chú)了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能就是(shì)人(rén)类(lèi)对引(yǐn)力的理(lǐ)解还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的(de)方式运动。但是(shì)上升到(dào)星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是不同的方(fāng)式(shì)。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科学家还引入(rù)了外部场(chǎng)效(xiào)应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在数(一个男人叫女人乖乖是什么意思，一个男人叫你乖乖意味着什么shù)百(bǎi)万光年(nián)的(de)规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对(duì)彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成(chéng)立，这(zhè)意味(wèi)着我(wǒ)们需(xū)要对现在(zài)的物理定(dìng)律进行修正，这(zhè)些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)还有关于(yú)暗物(wù)质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分(fēn)的普通(tōng)质(zhì)量(liàng)都在星系的(de)气体当中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团大部分的质量(liàng)将(jiāng)位于(yú)所(suǒ)有这些(xiē)气体所在的中(zhōng)间区域。那(nà)么(me)我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太(tài)空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的(de)形(xíng)变。其实这些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什么(me)问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一(yī)个质(zhì)量超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质量的(de)东西的引力，会使身后更遥远星系的(de)光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质(zhì)量(liàng)的(de)黑洞或(huò)者是暗物(wù)质(zhì)。

所以(yǐ)当人(rén)们对子弹星系团(tuán)观(guān)测的时候(hòu)，发现它的大质(zhì)量区(qū)域(yù)并不(bù)是在中间(jiān)，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以最好的(de)解释(shì)方法就(jiù)是当星团(tuán)发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了(le)中间，暗(àn)物质则直接(jiē)通过了这个区(qū)域(yù)，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系(xì)团的引力透(tòu)镜研究也(yě)被(bèi)认为是暗物(wù)质(zhì)存在的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下(xià)了各相同(tóng)性的(de)微波辐射(shè)。其中红色的部分(fēn)表示温(wēn)度较高的(de)区(qū)域(yù)，蓝色(sè)则表示(shì)相(xiāng)对(duì)较(jiào)冷的区(qū)域，但(dàn)实际上它们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图(tú)像进(jìn)行连通域(yù)提取和标记之后发(fā)现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些峰(fēng)值(zhí)的幅(fú)度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才(cái)变(biàn)得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐(fú)射的测量(liàng)值，我们需(xū)要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星(xīng)运动所需要(yào)的(de)暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理论框架，就很(hěn)好地解(jiě)释了很(hěn)多(duō)不同的(de)观测(cè)结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本(běn)质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们(men)不参(cān)与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到(dào)了(le)暗物质(zhì)存在的(de)实际(jì)证(zhèng)据(jù)。这种粒子(zi)到底是什么(me)？科(kē)学家们(men)已经提出了(le)数十种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目(mù)标粒子所需要(yào)的实验方式也不相同。在(zài)过去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不(bù)会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已经进行(xíng)了超(chāo)过50次的实(shí)验(yàn)，却没有任何(hé)实(shí)质性的发现(xiàn)，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着(zhe)地(dì)球上最大的(de)地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的(de)探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科学家声称观测(cè)到了某(mǒu)种信号。经过了(le)20多年(nián)的数据收(shōu)集，人们发现了一个有(yǒu)趣的(de)事情。探测率会在每年(nián)的(de)6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然(rán)后在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年(nián)都是一样。一(yī)些(xiē)科学家(jiā)认为(wèi)这可能是人类发现(xiàn)暗物(wù)质的第一个直接(jiē)证据(jù)。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期性(xìng)的年(nián)度信(xìn)号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速(sù)度围绕着(zhe)银河系(xì)进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这(zhè)意味(wèi)着我们也在以(yǐ)这样的速度(dù)在(zài)穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这(zhè)个(gè)过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳(yáng)环绕银(yín)河系(xì)的方向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这是(shì)理论上地(dì)球(qiú)穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了(le)最慢值。尽管在(zài)实际(jì)的情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的(de)有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也可能有其他(tā)的情(qíng)况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也可能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至(zhì)连意大利(lì)游(yóu)客的(de)数量也符合(hé)这个周期(qī)的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家们又(yòu)在(zài)南半(bàn)球建(jiàn)立(lì)了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前(qián)的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在(zài)这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗物质流(liú)的运动特征和第(dì)一个实验(yàn)室是一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到(dào)相同的(de)信号，就可以成(chéng)为(wèi)暗(àn)物质所(suǒ)存(cún)在的(de)非常有力(lì)的证据了。但是由于这个实(shí)验室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法(fǎ)提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其(qí)中一(yī)个关(guān)键的用(yòng)途(tú)就是探索暗(àn)物质(zhì)背后的(de)奥(ào)秘，对于探测(cè)的结果，我们只能(néng)拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如果暗物质(zhì)存在(zài)，它们极有(yǒu)可能(néng)拥有(yǒu)另(lìng)一(yī)种神秘的效(xiào)应，这种暗物(wù)质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生(shēng)，或者说是生命(mìng)进化的(de)一个重要因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论(lùn)得(dé)到进一步的证实(shí)，那(nà)么(me)遍布宇宙当中的(de)暗物质会(huì)不会意(yì)味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的(de)行星上，暗物(wù)质正(zhèng)在通过(guò)这(zhè)样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要(yào)先找到(dào)暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力(lì)！

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