宇宙是“人为制造”的(de)？为何会(huì)存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们在过去的几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任(rèn)何的有效证据。除(chú)了(le)一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天文(wén)学家(jiā)们发(fā)现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知道(dào)，周围一(yī)定有未知的天(tiān)体通过(guò)引(yǐn)力在摄(shè)动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王星(xīng)运(yùn)行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海王星(xīng)的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就(jiù)的例(lì)子。但(dàn)是这些发现都(dōu)是在恒星系统的(de)尺(chǐ)度(dù)当中，可(kě)当我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹(zī)威(wēi)基正在(zài)研究和测量后发星系团的质量(liàng)。这是一个由数千个星系(xì)所组成(chéng)的巨大(dà)星系团(tuán)，这些星(xīng)系(xì)被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会(huì)使用到两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是(shì)获(huò)得(dé)其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学(xué)质量的计算(suàn)，是利(lì)用光谱红移(yí)测量星系团空调匹数越大越费电吗，30平米客厅2匹空调够用吗中的各个星(xīng)系相(xiāng)对(duì)于(yú)星系团(tuán)的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团(tuán)有99%的质量消失了(le)，或(huò)者(zhě)说(shuō)这(zhè)99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无(wú)法看到。最(zuì)诡异的(de)是(shì)，在测量速(sù)度的(de)过(guò)程中(zhōng)，兹(zī)威基发(fā)现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动学定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见星系的质量(liàng)所产生的引力是(shì)无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛(pāo)出星系团之(zhī)外了(le)，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力(lì)量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了(le)这样部分不(bù)可见的(de)暗质，它不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是它们(men)却占(zhàn)据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再(zài)一次出现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离(lí)中(zhōng)心(xīn)越远的恒(héng)星在其(qí)轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却让人(rén)感到不可(kě)思议(yì)。

随着与中(zhōng)心距(jù)离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引力定律(lǜ)，在星系(xì)当中如果(guǒ)没(méi)有足够大的(de)质(zhì)量来吸引它们(men)，这些外围的(de)恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基(jī)于这(zhè)种现(xiàn)象，科学(xué)家(jiā)们(men)会(huì)使用一种相对(duì)标准的方法来(lái)解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是(shì)测(cè)量星系当中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出(chū)现(xiàn)异常的(de)结果，就认为是(shì)由暗物(wù)质的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于(yú)是科(kē)学家们通过射电望远镜(jìng)测(cè)量(liàng)了距(jù)离星系中心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发(fā)现它(tā)们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力(lì)学(xué)定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律进(jìn)行计(jì)算，太(tài)阳(yáng)系的(de)运行速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实(shí)际上(shàng)，太(tài)阳(yáng)系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论速度，那(nà)么(me)产(chǎn)生(shēng)以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的原(yuán)因很可(kě)能就是存在(zài)着一(yī)种我们(men)看不到的物质，是这些暗物(wù)质的引力(lì)效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开(kāi)始，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星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(liàng)的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并不是(shì)唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在(zài)一(yī)项新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没(méi)有(yǒu)引力效应的(de)遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家(jiā)还(hái)发现(xiàn)了一(yī)个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当中存在的(de)恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用(yòng)最(zuì)先(xiān)进的望远镜对其(qí)进行了(le)40个(gè)小时(shí)的详细测量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是(shì)可(kě)以用正(zhèng)常(cháng)的物质和力(lì)空调匹数越大越费电吗，30平米客厅2匹空调够用吗学定律来(lái)解释的。那(nà)么又有人提出(chū)，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任何星(xīng)系存(cún)在。造成这些现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一(yī)种可能(néng)就是人类对引力的理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不(bù)同尺度(dù)空间中的工(gōng)作(zuò)方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所(suǒ)理解的(de)方式运(yùn)动(dòng)。但(dàn)是上升到星(xīng)系和星团的尺度(dù)，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对(duì)于在(zài)星系团之(zhī)间的相互作用，科(kē)学家还引入(rù)了外部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年(nián)的规(guī)模上(shàng)，巨大的质(zhì)量之(zhī)间(jiān)会产生(shēng)对(duì)彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立(lì)，这意味(wèi)着(zhe)我们需要对(duì)现在的物(wù)理定律(lǜ)进行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让很多(duō)人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关于暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论(lùn)证据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样(yàng)的星(xīng)团，它(tā)们大部分的普通质(zhì)量都在(zài)星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度的急(jí)剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所以在(zài)理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所有这些(xiē)气体所在的(de)中间区域。那么我们通过什么来验(yàn)证它的质量(liàng)区域到(dào)底(dǐ)是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以明显地看到很多(duō)星(xīng)系似乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的形变(biàn)。其实这些(xiē)星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们(men)地球上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大(dà)的(de)天体遮(zhē)挡，这个(gè)超大(dà)质量的东西(xī)的(de)引力(lì)，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这个(gè)现象就(jiù)是(shì)引力透(tòu)镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹星系(xì)团观测的(de)时(shí)候，发现它的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最好的解释方(fāng)法就是当星团发(fā)生(shēng)全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团(tuán)的引力透镜(jìng)研究也(yě)被认为是暗物质存在(zài)的迄今(jīn)为止最好的(de)理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通无(wú)阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下(xià)了(le)各相(xiāng)同(tóng)性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对(duì)较冷的区域，但实际(jì)上它们(men)之间的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对(duì)前景背景分离后的二值(zhí)图像进行连通域提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起(qǐ)来不应该是这(zhè)样的(de)，而随着暗物(wù)质的(de)增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射的测量值，我(wǒ)们需要(yào)的暗(àn)物质大(dà)约是普通(tōng)物质的(de)5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗(àn)物质比例是一致的(de)。这就意味着。

用(yòng)了(le)一个简(jiǎn)单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多不(bù)同的观测结果。而(ér)暗物质的(de)本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其(qí)他的(de)电磁作用，只通过引力来相互(hù)作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒(lì)子(zi)的(de)存在(zài)，就相当于找到(dào)了暗(àn)物质存(cún)在(zài)的实际证(zhèng)据(jù)。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数(shù)十种的假想目(mù)标，而要(yào)寻(xún)找这些不同的(de)目标粒子所需要的实验(yàn)方(fāng)式也(yě)不相同(tóng)。在过去(qù)的几十年当(dāng)中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗(àn)物(wù)质”，科(kē)学(xué)家(jiā)们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任(rèn)何实质(zhì)性的发(fā)现(xiàn)，除了一(yī)个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实(shí)验室(shì)，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层(céng)楼高的探(tàn)测器，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗(àn)物(wù)质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多(duō)年的数据收集，人(rén)们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当(dāng)中每年都是一样。一(yī)些(xiē)科(kē)学家认(rèn)为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物(wù)质会产生(shēng)周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系(xì)进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以这样的速(sù)度(dù)在穿(chuān)越(yuè)着暗物(wù)质流，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相(xiāng)应的(de)振荡，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度围绕太(tài)阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而(ér)另外(wài)半(bàn)年则与之相反。

而在(zài)6月(yuè)份(fèn)的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全(quán)一(yī)致(zhì)，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系(xì)的(de)平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的(de)有效(xiào)性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来(lái)解(jiě)释，研究人员们所观(guān)测到(dào)的(de)周期性信号。当(dāng)然(rán)也可能(néng)有其他的情况，造成这种年(nián)度周期信号(hào)的差异也(yě)可(kě)能(néng)是(shì)温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大(dà)利(lì)游客的数量也符合这个(gè)周期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验(yàn)室正(zhèng)好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实(shí)验室是一(yī)样的(de)。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗(àn)物(wù)质(zhì)所(suǒ)存在的非常(cháng)有(yǒu)力的证据(jù)了(le)。但(dàn)是由于这个实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久(jiǔ)，所以截至目前(qián)还无(wú)法(fǎ)提供相应的(de)数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提供的视野是(shì)哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键的用途(tú)就是(shì)探索暗(àn)物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我们(men)只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如(rú)果暗物(wù)质存在(zài)，它们极(jí)有可能(néng)拥有(yǒu)另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞(dàn)生(shēng)，或者说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得到进(jìn)一步的证(zhèng)实，那(nà)么(me)遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着(zhe)人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个(gè)角落的行(xíng)星上(shàng)，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创造(zào)生命。当然(rán)，这些推论的大前提是(shì)要先(xiān)找到(dào)暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你(nǐ)的支(zhī)持是(shì)我更(gèng)新(xīn)的动力(lì)！

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