宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会(huì)存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人(rén)类为了寻找暗物质(zhì)存在(zài)的(de)证据，科(kē)学家们在(zài)过去的几十(shí)年当中进行(xíng)了超过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却没有发现任何(hé)的(de)有(yǒu)效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版的(de)自然(rán)哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天(tiān)文学家们(men)发(fā)现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定律的时(shí)候，他们(men)就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体通过引力(lì)在摄动它的(de)轨道。比如(rú)在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通过天王(wáng)星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星(xīng)、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是(shì)应(yīng)用万有引力定律所取得重大(dà)天文(wén)成就(jiù)的例子(zi)。但是这些发(fā)现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星(xīng)系或者(zhě)是星团的尺度(dù)，事(shì)情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗(fú)里(lǐ)茨(cí)兹威基(jī)正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系(xì)团(tuán)，这(zhè)些(xiē)星系被引力束缚(fù)在一起。测量(liàng)星系团(tuán)的质量一(yī)般会使用到两种方(fāng)法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一(yī)致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是(shì)动力学(xué)质量的计算(suàn)，是利(lì)用光谱红移测量(liàng)星系(xì)团中的各个星系(xì)相对(duì)于(yú)星系团的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然是(shì)“光度学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的质(zhì)量消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量(liàng)并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们(men)无法看到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测量速度的过宁波慈溪的邮编是多少(guò)程中，兹(zī)威基发现星系团中(zhōng)很多星系的速(sù)度比理论(lùn)上要(yào)快得多，按(àn)照(zhào)牛(niú)顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系(xì)的质(zhì)量所产生的引力是(shì)无法将它们(men)束(shù)缚(fù)在星系(xì)团内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提(tí)出(chū)了这样部分不可见的暗(àn)质，它不(bù)发散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对(duì)这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质(zhì)”这个词才再一(yī)次出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女(nǚ)座星系中的恒(héng)星(xīng)运(yùn)动。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速(sù)度就会越(yuè)慢。但是(shì)他们观(guān)测的结果却让人感(gǎn)到(dào)不可思(sī)议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速度(dù)几乎保(bǎo)持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这种现象，科(kē)学家们会(huì)使用一(yī)种相(xiāng)对标准的(de)方法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星(xīng)系当中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星系中(zhōng)心的距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体(tǐ)的(de)旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗(àn)物质(zhì)的力(lì)量进入(rù)其中。

于是科学家们通(tōng)过(guò)射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系也不(bù)例(lì)外(wài)，太阳系(xì)位(wèi)于银河(hé)系的第(dì)三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定(dìng)律进行计算，太(tài)阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的(de)速度围绕银河系旋(xuán)转，这(zhè)个(gè)实际速度远远大于(yú)理(lǐ)论(lùn)速度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的原因很(hěn)可能就是存在(zài)着一种(zhǒng)我们看不(bù)到的物(wù)质(zhì)，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一(yī)起。

也(yě)是从这时(shí)开始，越来越多(duō)的研究人员开始相信暗(àn)物(wù)质的(de)存在。科学(xué)家(jiā)根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)暗(àn)物质的质量占整(zhěng)个星系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一(yī)可(kě)以解释这(zhè)个现象的原因。在一(yī)项新(xīn)的研宁波慈溪的邮编是多少究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的(de)遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了一个(gè)反常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和(hé)银河(hé)系不多，但是星系(xì)当中(zhōng)存(cún)在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必(bì)须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是(shì)科学(xué)家(jiā)们使用最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细测(cè)量(liàng)之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可(kě)以用(yòng)正常的物质和力学定律(lǜ)来解(jiě)释的(de)。那么又有人(rén)提出，也许该星(xīng)系的暗物质(zhì)，已经被附(fù)近的(de)另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成这些现象的除了(le)暗物(wù)质(zhì)的假说之外，另一种可能就是(shì)人类(lèi)对引力的(de)理(lǐ)解还不(bù)够全面，引力很可(kě)能(néng)在(zài)不(bù)同尺度空间(jiān)中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在(zài)行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系(xì)和星团的尺度，引力(lì)之间的相(xiāng)互(hù)作用则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之(zhī)间(jiān)的相(xiāng)互作用，科学(xué)家还引入了(le)外(wài)部场效应的概(gài)念，指的(de)是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修正(zhèng)，这些(xiē)发现也(yě)让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结(jié)。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存在的(de)其他的(de)理(lǐ)论证据，这些(xiē)理论证据(jù)是蒙(méng)德理(lǐ)论所没(méi)法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星(xīng)系(xì)团所组成(chéng)，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的(de)时候，星(xīng)际(jì)气体的相互作(zuò)用就会导(dǎo)致(zhì)温(wēn)度(dù)的(de)急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团(tuán)大部分(fēn)的(de)质量(liàng)将位于(yú)所有这些气体所(suǒ)在(zài)的中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们通(tōng)过什(shén)么来验证它的质量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高清照片，在(zài)照片中我们(men)可以明显地看(kàn)到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不(bù)是真(zhēn)的(de)被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么(me)问题，而(ér)是(shì)这样极遥远的天(tiān)体和我(wǒ)们地球上的(de)观(guān)测者之(zhī)间。被一个质(zhì)量(liàng)超(chāo)级巨大的(de)天体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大(dà)质(zhì)量的东西的引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥宁波慈溪的邮编是多少(yáo)远星系(xì)的光(guāng)都发生了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天(tiān)体(tǐ)可能是超大质量的(de)黑洞或者是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)观测的(de)时候，发现(xiàn)它的大(dà)质量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就(jiù)是(shì)当(dāng)星团发生(shēng)全(quán)部的(de)碰撞时，可被观(guān)测到的(de)质量气(qì)体被(bèi)卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在(zài)两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的(de)引力透镜研(yán)究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的(de)光(guāng)。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光(guāng)在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上留(liú)下了(le)各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域(yù)，但实(shí)际(jì)上它们之间的温差(chà)只有万分之一。

科学家们通过对前(qián)景背(bèi)景分离后的二值(zhí)图像进行连通域(yù)提取和标记之后(hòu)发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗(àn)物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解(jiě)释星(xīng)系当(dāng)中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地解(jiě)释(shì)了很多不同的观测(cè)结果。而暗物质的本(běn)质(zhì)就是宇宙当中存在着(zhe)某(mǒu)种类型的(de)粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来(lái)相互作用。所以如果能(néng)够找到这种(zhǒng)粒(lì)子的存在(zài)，就相当于找到了暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家(jiā)们已经提出了(le)数(shù)十种的假想目(mù)标(biāo)，而(ér)要寻找这些不(bù)同的目(mù)标粒子所需(xū)要的实验方式(shì)也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常(cháng)规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没(méi)有任(rèn)何实质性的发现，除了一(yī)个地(dì)方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最(zuì)大(dà)的地(dì)学实验室(shì)，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器，一(yī)直(zhí)致力(lì)于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测(cè)到了某种信号。经(jīng)过了(le)20多年(nián)的数据(jù)收集，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达(dá)到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且在(zài)20年(nián)当中每(měi)年(nián)都(dōu)是一样。一些科(kē)学家认(rèn)为这可能是(shì)人类(lèi)发现暗物(wù)质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗物质(zhì)会(huì)产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也(yě)在以这样的速度在(zài)穿越着(zhe)暗物质流，这个过(guò)程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕太(tài)阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年(nián)的(de)时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方向(xiàng)是(shì)一致的，而另外(wài)半(bàn)年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的(de)方(fāng)向正好达到完全一致，这是(shì)理(lǐ)论(lùn)上地球穿越暗物质(zhì)流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这可以用来解释，研究人员们(men)所观测(cè)到(dào)的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温(wēn)度(dù)、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连(lián)意大利游客的(de)数量也符合这个周期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同的(de)实验室，这(zhè)里的季(jì)节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物(wù)质流的(de)运动特征(zhēng)和第一个(gè)实验室是一样的(de)。

因此，如(rú)果在这里可(kě)以(yǐ)得到相同(tóng)的(de)信号，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质所存(cún)在的非常有力的证据(jù)了。但是(shì)由于(yú)这个(gè)实验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还无法提供相应的数据(jù)支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的望远镜，这台(tái)太(tài)空望远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪(yí)器的100倍(bèi)。南希(xī)格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键的用途就是(shì)探索暗(àn)物(wù)质背后的奥(ào)秘，对于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理(lǐ)中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它(tā)们极有可(kě)能拥有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命的(de)诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应(yīng)创造生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗物(wù)质到底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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