宇宙是“人为制造”的(de)？为(wèi)何会存(cún)在科学无法(fǎ)解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存(cún)在的证据，科(kē)学(xué)家们在过(guò)去(qù)的几十年(nián)当中进(jìn)行了超过50次的长期(qī)实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的几(jǐ)百年来(lái)，当天文学家们发现某些(xiē)天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他(tā)们(men)就会知道，周围(wéi)一(yī)定有未知的天体通过(guò)引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就通(tōng)过天王星运(yùn)行轨道的异(yì)常，推算(suàn)并(bìng)且发现了(le)海(hǎi)王星(xīng)的(de)存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是(shì)应用(yòng)万有引力定律所取得重大天(tiān)文(wén)成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们上升(shēng)到(dào)星系或(huò)者是星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研(yán)究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是(shì)一个由(yóu)数千(qiān)个(gè)星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量星系(xì)团的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当(dāng)两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学(xué)的质量"，需要(yào)的数(shù)据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是(shì)利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个(gè)星(xīng)系相对于(yú)星(xīng)系团(tuán)的运动速度(dù)。当测量结果(guǒ)出来(lái)之(zhī)后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可(kě)见光的(de)形式所存在(zài)，我们无法(fǎ)看到(dào)。最(zuì)诡异(yì)的是，在测量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团(tuán)中很(hěn)多星系的速(sù)度比理论(lùn)上要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿的运(yùn)动学(xué)定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见星系的(de)质量所产生的引力是无法将它们(men)束缚在(zài)星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛(pāo)出星系团(tuán)之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力量在(zài)起作用(yòng)，这种(zhǒng)力(lì)量来(lái)源于(yú)某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸(xī)光(guāng)、反(fǎn)射(shè)光，但是它们(men)却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质量。只(zhǐ)是当时的(de)人(rén)们(men)对这样的一种说法不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特(tè)在观测仙女座(zuò)星系中的(de)恒星(xīng)运动。理(lǐ)论(lùn)上来(lái)说(shuō)，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道(dào)上的(de)运行速(sù)度就(jiù)会越慢。但是他(tā)们观测的结果(guǒ)却(què)让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的(de)增(zēng)加，恒星的旋转速(sù)度几乎(hū)保持(chí)不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学(xué)家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物(wù)质的存(cún)在，这种方(fāng)法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的(de)旋转速度。如果出现异常(cháng)的结(jié)果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学家们通过射(shè)电(diàn)望远镜测量了距离(lí)星系中心(xīn)更(gèng)远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不(bù)符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也(yě)不例外，太阳(yáng)系位于银河系(xì)的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算(suàn)，太(tài)阳系(xì)的运行速度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围(wéi)绕银河(hé)系旋(xuán)转，这(zhè)个实际(jì)速度(dù)远远大(dà)于理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上这种向心(xīn)加速度的原因很(hěn)可能就是存在着一(yī)种我们看不到的物质(zhì)，是这有缘千里来相会,三笑徒然当一痴什么意思，三笑突然当一痴打一成语些暗物(wù)质的(de)引力(lì)效应将(jiāng)星系聚(jù)集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从这时(shí)开(kāi)始，越来越多的(de)研究人员开(kāi)始相信暗物质(zhì)的存在(zài)。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当(dāng)中暗物质的质量(liàng)占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可(kě)以(yǐ)解(jiě)释这个现象的原因。在(zài)一项新的研(yán)究(jiū)当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效(xiào)应的(de)遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文(wén)学家还发(fā)现了一(yī)个(gè)反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和(hé)银河(hé)系(xì)不多(duō)，但是星系当中存(cún)在的恒(héng)星(xīng)数量却只有银(yín)河(hé)系的千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须(xū)存(cún)在暗物质，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但(dàn)是(shì)科(kē)学家们使用(yòng)最(zuì)先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其(qí)进(jìn)行了40个小时的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以(yǐ)用正常(cháng)的物质和(hé)力学定律来(lái)解(jiě)释(shì)的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大(dà)星系剥离(lí)了。奇怪的(de)是，它的附近没有任(rèn)何(hé)星系存在。造成这些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可能就是(shì)人类对引(yǐn)力的理解还不够全面(miàn)，引力很可能(néng)在不同尺度空(kōng)间中的工作方(fāng)式是不同的(de)，这意味着(zhe)在行星系尺度(dù)中的(de)天体会沿着它(tā)们(men)的(de)轨(guǐ)道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上升到(dào)星系和(hé)星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的方(fāng)式。对于在星系团之(zhī)间的相(xiāng)互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应的(de)概念(niàn)，指(zhǐ)的是(shì)在(zài)数(shù)百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效(xiào)果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需要对现在(zài)的物理定律(lǜ)进(jìn)行修正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很多人(rén)认为暗(àn)物质假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物(wù)质存(cún)在的其他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光年的(de)子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似(shì)这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质量(liàng)都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度(dù)大(dà)幅降低。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的(de)质量将位于所有这(zhè)些(xiē)气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什么来验证它的质量(liàng有缘千里来相会,三笑徒然当一痴什么意思，三笑突然当一痴打一成语)区域(yù)到(dào)底是不是集(jí)中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远镜传回了(le)宇宙当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很(hěn)多(duō)星系似(shì)乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什么(me)问题，而是这样极遥远的天(tiān)体和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引(yǐn)力，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观(guān)测(cè)的时(shí)候，发现它的大质量区域并不(bù)是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物质则(zé)直接(jiē)通(tōng)过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被(bèi)认(rèn)为(wèi)是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了(le)130多亿(yì)年(nián)之后，这些光在(zài)宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色(sè)的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则表示(shì)相对较冷的(de)区域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对(duì)前景背景分(fēn)离后的二值图像进行(xíng)连通域提取(qǔ)和标(biāo)记(jì)之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物(wù)质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰值的(de)幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗(àn)物(wù)质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就(jiù)很好(hǎo)地解释(shì)了很多(duō)不同的(de)观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的(de)粒子，它们不参与任何(hé)其(qí)他的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所(suǒ)以如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相(xiāng)当(dāng)于(yú)找到了暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经(jīng)提出了(le)数十(shí)种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而(ér)要(yào)寻找这些不(bù)同的目(mù)标粒子所需要的(de)实验方式也不相(xiāng)同(tóng)。在过去的(de)几十(shí)年当中，人(rén)类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相互(hù)作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次(cì)的(de)实验，却没有任(rèn)何实质性(xìng)的发现，除(chú)了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的(de)地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的地学(xué)实验室(shì)，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层(céng)楼(lóu)高的探测(cè)器，一直致(zhì)力(lì)于(yú)寻(xún)找暗物质粒(lì)子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到(dào)了(le)某种信(xìn)号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发现了(le)一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰(fēng)值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年(nián)当(dāng)中每年都是一(yī)样。一(yī)些科(kē)学家认为这可能(néng)是人类发现暗(àn)物质的第(dì)一个直接证据。

但是(shì)为什么(me)暗物质会(huì)产(chǎn)生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在(zài)以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕着银河系进(jìn)行移动(dòng)，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度在(zài)穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致(zhì)的(de)，而(ér)另外半年则(zé)与(yǔ)之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的(de)方向正好(hǎo)达(dá)到完(wán)全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快(kuài)的时段。而(ér)在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达(dá)到(dào)了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银河(hé)系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不(bù)影响这(zhè)个理论的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学(xué)家(jiā)认为这可以用(yòng)来解(jiě)释，研(yán)究人员(yuán)们所观测到(dào)的周期性信号(hào)。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异也可能是温度、湿(shī)度(dù)、土(tǔ)壤中的水分、高山(shān)上(shàng)的积(jī)雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学(xué)家(jiā)们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征和(hé)第一个(gè)实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就(jiù)可以成(chéng)为(wèi)暗物质所(suǒ)存(cún)在的非常有力的(de)证据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提(tí)供相应的数据(jù)支持(chí)。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空(kōng)望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的(de)视野是(shì)哈(hā)勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一(yī)个关键的用途就是探索暗物(wù)质背(bèi)后的奥(ào)秘(mì)，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米实(shí)验室粒子天体物理(lǐ)中心的(de)科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研(yán)究发(fā)现，如果暗物质(zhì)存在，它们(men)极有可(kě)能拥(yōng)有(yǒu)另一种神秘的效应(yīng)，这种暗(àn)物(wù)质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢(ne)？或(huò)许在宇宙当中某个角落的(de)行星上(shàng)，暗物质正在通过这(zhè)样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先找(zhǎo)到暗物质存在(zài)的实际(jì)证(zhèng)据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你(nǐ)们(men)觉(jué)得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新(xīn)的动力(lì)！

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