宇宙是“人为(wèi)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(jìng)是(shì)什么？人类(lèi)为了(le)寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的(de)几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是(shì)却(què)没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体(tǐ)运动的(de)规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道(dào)出现异常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王星的存(cún)在(zài)。另(lìng)外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是应用万(wàn)有引力定律(lǜ)所取得重大天文成(chéng)就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发现都是(shì)在恒(héng)星(xīng)系(xì)统的(de)尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事(shì)情就开始变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家弗(fú)里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星(xīng)系(xì)团的(de)质(zhì)量(liàng)。这是(shì)一个由数千(qiān)个星系所组成的(de)巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测(cè)量(liàng)星郑州是哪个省的城市，郑州是哪个省的城市啊(xīng)系团(tuán)的质量一般(bān)会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确定(dìng)其(qí)质量的范围。

第(dì)一(yī)种(zhǒng)是获(huò)得其(qí)"光度学(xué)的(de)质量(liàng)"，需要的(de)数据是测量各个星系(xì)的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移(yí)测量(liàng)星系团中(zhōng)的各(gè)个星(xīng)系相对于星(xīng)系(xì)团的运动(dòng)速度。当测量结果出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是(shì)“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的(de)质量消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测(cè)量速度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发(fā)现星系团中很多星系的(de)速度比理论(lùn)上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的(de)质(zhì)量(liàng)所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛出星系(xì)团之外了，除非(fēi)有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源于某种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部(bù)分(fēn)不可(kě)见(jiàn)的(de)暗质，它(tā)不(bù)发(fā)散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却(què)占据着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的一(yī)种说法不屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现(xiàn)。天文(wén)学家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特在观测(cè)仙女座星(xīng)系(xì)中的恒星运动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度(dù)就会越(yuè)慢(màn)。但是他们观(guān)测的结果却(què)让(ràng)人感到(dào)不可(kě)思(sī)议。

随着与(yǔ)中心距离的(de)增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿(dùn)的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星系(xì)当中如果(guǒ)没(méi)有(yǒu)足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质(zhì)的(de)存在，这种方法就是(shì)测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常(cháng)的结(jié)果(guǒ)，就认(rèn)为是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电(diàn)望远镜(jìng)测量(liàng)了距离星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的(de)力学定律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系(xì)也不例外，太阳系(xì)位于银河系的(de)第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远远大于(yú)理(lǐ)论速度，那(nà)么产生(shēng)以(yǐ)上(shàng)这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就(jiù)是存在着(zhe)一种我们看不(bù)到的物质，是(shì)这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚(jù)集在(zài)了一(yī)起。

也(yě)是从(cóng)这时开始，越来越多的(de)研究(jiū)人(rén)员开始(shǐ)相信暗物质(zhì)的存在。科学家根(gēn)据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个现象的原因。在(zài)一项新的研究(jiū)当中，科(kē)学家(jiā)们发现，几乎(hū)没有引力效应(yīng)的遥远恒星之(zhī)间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另(lìng)外(wài)，天文(wén)学家(jiā)还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但是星系当中存(cún)在的恒(héng)星数量(liàng)却只有银河系的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星系必须(xū)存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析(xī)。但(dàn)是(shì)科(kē)学家们使用最(zuì)先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之后，发(fā)现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常(cháng)的(de)物质(zhì)和力学定律来解释的(de)。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也(yě)许该星(xīng)系的暗物质，已经被(bèi)附近(jìn)的另(lìng)一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是(shì)，它的附近没有(yǒu)任(rèn)何星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能(néng)就是人类(lèi)对引(yǐn)力(lì)的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能(néng)在(zài)不同尺度空(kōng)间中的工作(zuò)方式是不同(tóng)的(de)，这意味着在行(xíng)星系尺度(dù)中(zhōng)的(de)天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们(men)所理解的方式运动。但是上(shàng)升到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的相互郑州是哪个省的城市，郑州是哪个省的城市啊作(zuò)用则是不同的方式(shì)。对于在(zài)星(xīng)系团之间(jiān)的相(xiāng)互作(zuò)用，科(kē)学家还引入了(le)外部(bù)场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是在数(shù)百万光年的规模上(shàng)，巨大(dà)的质(zhì)量之(zhī)间会(huì)产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的物理定(dìng)律(lǜ)进行修(xiū)正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很(hěn)多(duō)人认为暗物(wù)质假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关(guān)于(yú)暗物质存在的(de)其(qí)他的理论证据，这(zhè)些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的(de)子(zi)弹星系团，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系团所组成，类似(shì)这样的(de)星团，它们大(dà)部分的普通(tōng)质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的(de)时(shí)候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致(zhì)温度(dù)的急剧升高(gāo)，速(sù)度(dù)大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星(xīng)系团大(dà)部(bù)分的质量将位(wèi)于所有这些气(qì)体所在的(de)中间(jiān)区域。那么我们通过什么来验证它(tā)的(de)质量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高(gāo)清照片，在照(zhào)片中我们(men)可以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了(le)巨(jù)大的形变。其(qí)实(shí)这(zhè)些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是(shì)这样极遥远的(de)天体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质(zhì)量(liàng)超(chāo)级巨大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大(dà)的天体可能是超大(dà)质量的(de)黑洞或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观(guān)测的(de)时候(hòu)，发现它的大质量(liàng)区(qū)域(yù)并(bìng)不是在中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最(zuì)好的(de)解释方(fāng)法就(jiù)是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到的质量(liàng)气体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质(zhì)则直接通(tōng)过了这个区域，并(bìng)在两边(biān)形(xíng)成了引力透镜。对(duì)子弹(dàn)星系团的引力透(tòu)镜研究也(yě)被认为是暗物质存(cún)在的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地(dì)穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对较冷的区域(yù)，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家(jiā)们通过对(duì)前(qián)景(jǐng)背(bèi)景分离后的二值图(tú)像进行连(lián)通域(yù)提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值(zhí)的(de)幅度会(huì)减小，才变(biàn)得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释(shì)星(xīng)系当中恒星运动所需(xū)要的(de)暗物质比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架(jià)，就很好(hǎo)地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的(de)本质(zhì)就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某种类型的粒子(zi)，它们不参与任何(hé)其他(tā)的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相(xiāng)互(hù)作用。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就相当于找到(dào)了(le)暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么(me)？科学(xué)家们已经提出(chū)了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要(yào)的(de)实验方式也不相同。在过(guò)去的几(jǐ)十(shí)年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎(hū)不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科(kē)学家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任何实质性的(de)发(fā)现，除了一个(gè)地(dì)方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地球上(shàng)最大的(de)地学实(shí)验室，这(zhè)个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒(lì)子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年(nián)的(de)数(shù)据收(shōu)集，人们发现了一个(gè)有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到(dào)最(zuì)低，而且在20年当中每(měi)年(nián)都是(shì)一样(yàng)。一些科(kē)学(xué)家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太(tài)阳(yáng)系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动(dòng)，那么(me)如果暗物质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着我(wǒ)们(men)也在(zài)以这样的速度在穿(chuān)越着暗物(wù)质流，这个过程中(zhōng)会产生(shēng)相应(yīng)的振荡(dàng)，同(tóng)时地球又(yòu)以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的(de)方向与太(tài)阳(yáng)环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份(fèn)的(de)时候，地(dì)球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好(hǎo)达(dá)到完(wán)全(quán)一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越(yuè)暗物质流最(zuì)快的(de)时段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好达(dá)到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河(hé)系(xì)的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有(yǒu)效(xiào)性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为这可以(yǐ)用来(lái)解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他(tā)的(de)情况，造成这种年度(dù)周期信号的差(chà)异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又(yòu)在南半球建立(lì)了一(yī)个几(jǐ)乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节(jié)与之(zhī)前(qián)的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的(de)运(yùn)动特(tè)征(zhēng)和(hé)第一个实验(yàn)室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信(xìn)号，就可以成(chéng)为暗物(wù)质所存在的非常有(yǒu)力的(de)证据了。但是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的(de)数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质(zhì)背后的奥(ào)秘(mì)，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天(tiān)体物理中心的科(kē)学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘(mì)的(de)效应，这种暗物(wù)质(zhì)效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或(huò)者说是生(shēng)命进化(huà)的一个重要因(yīn)素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙(zhòu)当中的(de)暗(àn)物质(zhì)会(huì)不会意(yì)味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗物(wù)质正在通过(guò)这样的效应创造生(shēng)命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到(dào)暗物(wù)质存在的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新的动力！

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