宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的(de)证据(jù)，科学(xué)家们在(zài)过去的(de)几十年当中进(jìn)行了超过50次的(de)长期(qī)实验，但是却没有发(fā)现(xiàn)任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原(yuán)理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发表了(le)万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动的规(guī)律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些(xiē)天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异常，不符(fú)合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道(dào)的异(yì)常(cháng)，推(tuī)算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发(fā)现都是应用万有(yǒu)引力(lì)定律所取得重大天(tiān)文(wén)成就的例子。但是这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们上升(shēng)到星系或者是星团的(de)尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质量。这是(shì)一(yī)个由数千个星系所组成的(de)巨(jù)大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质量一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各个星(xīng)系的(de)光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是(shì)利用光(guāng)谱红移测量(liàng)星系团(tuán)中的各个星系相对(duì)于星(xīng)系团的运动速度。当(dāng)测量(liàng)结果(guǒ)出来之后，兹(zī)威基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟(jìng)然是(shì)“光度(dù)学质(zhì)量(liàng)”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是(shì)，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很(hěn)多星系的(de)速度(dù)比(bǐ)理论上要(yào)快得多，按照牛顿的(de)运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可(kě)见星(xīng)系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星(xīng)系团之外了，除(chú)非有一种(zhǒng)神秘的力量在(zài)起作用，这(zhè)种力量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了这(zhè)样部分(fēn)不(bù)可见的(de)暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的(de)质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次(cì)出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福(fú)特在(zài)观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的运行速度就会(huì)越慢。但是(shì)他们观测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不(bù)变。可(已婚女性英文称呼，女性英文称呼kě)是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系(xì)当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解(jiě)释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量星系当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速(sù)度。如(rú)果出现异常的结(jié)果，就(jiù)认(rèn)为是(shì)由暗物质(zhì)的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们(men)通过射电望远镜测量了距离星系(xì)中心(xīn)更远(yuǎn)距离的(de)氢元素，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度并不符合牛顿(dùn)的力(lì)学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位(wèi)于(yú)银河系(xì)的(de)第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银河(hé)系(xì)中(zhōng)心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系(xì)的运行速(sù)度应(yīng)该是160千米/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系(xì)旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远(yuǎn)远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的原因很可能就(jiù)是(shì)存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看(kàn)不到(dào)的物质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的引力效应(yīng)将(jiāng)星系聚集(jí)在(zài)了(le)一(yī)起。

也是从(cóng)这(zhè)时(shí)开(kāi)始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算(suàn)在星系(xì)当(dāng)中暗(àn)物质的质量(liàng)占整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这(zhè)个现象的原因。在一(yī)项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎(hū)没(méi)有(yǒu)引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差(chà)异。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地(dì)球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银(yín)河系不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的恒星数量却(què)只有银河系(xì)的千(qiān)分之一。

所以在(zài)理(lǐ)论上(shàng)，该(gāi)星(xīng)系必(bì)须存(cún)在暗(àn)物质，否(fǒu)则(zé)就会分(fēn)崩离(lí)析。但(dà已婚女性英文称呼，女性英文称呼n)是科学家们使用最(zuì)先(xiān)进的望远镜对其进行了(le)40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中的(de)恒星(xīng)运动(dòng)是可以(yǐ)用正常(cháng)的物质和力学定律(lǜ)来解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系(xì)的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附(fù)近的(de)另一个大星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它(tā)的(de)附近没有任何(hé)星系(xì)存(cún)在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能(néng)就是人类对引(yǐn)力(lì)的理解还不够全面(miàn)，引力很可能(néng)在(zài)不同尺(chǐ)度空间中的(de)工作(zuò)方式是不(bù)同的，这(zhè)意味着在(zài)行星系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿着它(tā)们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升到(dào)星系和星团(tuán)的尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不同的方(fāng)式。对(duì)于(yú)在(zài)星系团之间的相互作用(yòng)，科学(xué)家还引入了外部场效应的(de)概念，指的是在数(shù)百(bǎi)万光(guāng)年的规模上，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发(fā)现也让很多人认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结(jié)。但是(shì)在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存(cún)在的其他(tā)的理论证据(jù)，这些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的(de)子弹星系团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普通质量(liàng)都(dōu)在星系的气(qì)体当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时(shí)候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升(shēng)高，速(sù)度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所有这些(xiē)气(qì)体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那(nà)么我们通(tōng)过什么来验证它的质量(liàng)区域到底是(shì)不是(shì)集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传回了宇宙当(dāng)中第(dì)一张全彩的高清照片(piàn)，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地球上的观测者之(zhī)间(jiān)。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会(huì)使身后更遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的天体可能是超大(dà)质(zhì)量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星(xīng)系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在(zài)中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释方法就是(shì)当(dāng)星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并在(zài)两(liǎng)边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理论(lùn)证据。

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除(chú)此(cǐ)之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无(wú)阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经过了130多亿(yì)年(nián)之(zhī)后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各(gè)相同性的微(wēi)波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色(sè)则(zé)表示相对较冷的(de)区域，但实(shí)际上(shàng)它们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对(duì)前(qián)景(jǐng)背景分离后的二值(zhí)图(tú)像进行连通域提(tí)取(qǔ)和(hé)标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数(shù)字(zì)与解(jiě)释星系(xì)当中(zhōng)恒(héng)星运动所需(xū)要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解(jiě)释(shì)了很多(duō)不(bù)同(tóng)的(de)观测(cè)结(jié)果。而暗(àn)物质的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实(shí)际证据。这种(zhǒng)粒子到底是(shì)什(shén)么？科学家们已经提出了(le)数十(shí)种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的(de)目标粒子所需要(yào)的实验方(fāng)式(shì)也不(bù)相(xiāng)同。在过去的几十(shí)年(nián)当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们已经进行了超过(guò)50次的实验，却没有任何实质(zhì)性(xìng)的发现，除(chú)了一个地方，意(yì)大利的(de)格兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球(qiú)上最(zuì)大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的(de)科学家声称观(guān)测到了(le)某(mǒu)种信号。经过(guò)了(le)20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探(tàn)测率会在每(měi)年的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然后在(zài)11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能(néng)是人类发现暗物质的第一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期(qī)性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗(àn)物(wù)质(zhì)存在(zài)宇宙当中，这意味着(zhe)我们也(yě)在以(yǐ)这样的速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物(wù)质(zhì)流，这(zhè)个过程(chéng)中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕银河系的方向是(shì)一致的，而另外半年(nián)则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的时(shí)候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的(de)时段(duàn)。而在11月份，又恰好达(dá)到(dào)了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的(de)平面呈现了60度(dù)的(de)倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影(yǐng)响这个理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认为这可以用(yòng)来解释，研究人员们所观测(cè)到(dào)的周期(qī)性信(xìn)号。当然也可(kě)能有其他(tā)的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的(de)差异也可能(néng)是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至(zhì)连(lián)意大利(lì)游客的数量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科(kē)学家们又在南半球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节(jié)与之前的实验室正好(hǎo)相反，而(ér)在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个(gè)实(shí)验室是(shì)一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同(tóng)的(de)信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据(jù)了(le)。但是(shì)由于这个实(shí)验室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至目前还(hái)无法提供(gōng)相应的数据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽视场仪器提供(gōng)的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中(zhōng)心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一(yī)种神秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生(shēng)命的(de)诞生，或(huò)者说是生命进化的(de)一个重要(yào)因(yīn)素(sù)。

如(rú)果这一(yī)理论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的(de)暗物质会不会意味(wèi)着人(rén)类并(bìng)不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上(shàng)，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这些(xiē)推论的大前提(tí)是要先找到暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存(cún)不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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