宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物(wù)质(zhì)存在的证据，科(kē)学(xué)家们在过去的(de)几(jǐ)十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何(hé)的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发(fā)表了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天体运(yùn)动的规(guī)律。往后的几(jǐ)百年来，当天(tiān)文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不(bù)符(fú)合(hé)万有(yǒu)引力定律的时(shí)候，他们就会(huì)知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知(zhī)的天体(tǐ)通过引力(lì)在摄动它的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都(dōu)是应(yīng)用万(wàn)有引力定律所取得重大天文(wén)成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在(zài)恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们(men)上(shàng)升(shēng)到星系或者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹威(wēi)基正(zhèng)在研(yán)究和测量后发星(xīng)系(xì)团的质量。这是一个由数千个星系所组成的(de)巨大(dà)星系团，这些(xiē)星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会(huì)使用到两种方法，当(dāng)两种方法(fǎ)结果一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需要(yào)的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量(liàng)的(de)计算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团(tuán)中的各个星系相对于(yú)星系团(tuán)的运动(dòng)速度(dù)。当(dāng)测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可见光的形式所存(cún)在，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡异(yì)的是(shì)，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多(duō)星系的(de)速度(dù)比理论上(shàng)要快(kuài)得多(duō)，按(àn)照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的(de)质量(liàng)所产生(shēng)的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系(xì)团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之(zhī)外了(le)，除(chú)非有一种神秘的力量(liàng)在起作用(yòng)，这(zhè)种力(lì)量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分(fēn)不可见的暗质，它不(bù)发(fā)散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但(dàn)是它们却(què)占据(jù)着(zhe)宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对这样的(de)一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心(xīn)越远的(de)恒星在(zài)其轨道上(shàng)的(de)运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但是他们(men)观测的结果却(què)让人(rén)感(gǎn)到(dào)不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力(lì)定律，在星系(xì)当中如果没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围(wéi)的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科(kē)学家(jiā)们(men)会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对(duì)标准的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的(de)力量进入(rù)其中。

于是科学家们(men)通过射(shè)电望(wàng)远(yuǎn)镜测(cè)量了(le)距(jù)离星系中(zhōng)心更远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定律。我们(men)的(de)太阳(yáng)系也不例(lì)外，太阳系位于(yú)银(yín)河(hé)系的(de)第三悬臂之上(shàng)，距(jù)离银(yín)河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速(sù)度围绕银(yín)河系(xì)旋转，这个(gè)实际速度(dù)远远大(dà)于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心加速度的(de)原(yuán)因(yīn)很可能就是存(cún)在着一种我们(men)看不到的物质，是(shì)这些暗物质的引力(lì)效应将星(xīng)系聚(jù)集(jí)在了一(yī)起。

也(yě)是(shì)从这时(shí)开始，越来越多的(de)研究人员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星(xīng)系外恒(héng)星(xīng)轨道的速(sù)度，估(gū)算在星系当(dāng)中暗物质的(de)质(zhì)量(liàng)占整个星(xīng)系质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并(bìng)不(bù)是唯一(yī)可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项(xiàng)新的研(yán)究当中，科学家们(men)发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度(dù)上(shàng)的微小差异(yì)。另外(wài)，天文学家还(hái)发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系(xì)的千分之(zhī)一(yī)。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必(bì)须存(cún)在暗物质，否则就会(huì)分崩离(lí)析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜(jì投笔从戎的故事简介，投笔从戎的故事主人公是谁ng)对其(qí)进行了40个小时(shí)的(de)详(xiáng)细测量(liàng)之后，发(fā)现星系中(zhōng)的恒星运动是可以(yǐ)用(yòng)正常的(de)物质和力学(xué)定律来(lái)解释的(de)。那(nà)么(me)又有人提(tí)出，也许(xǔ)该星系的暗物(wù)质，已经被附近的(de)另(lìng)一个大(dà)星系剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它的(de)附近没有任何星系存在。造成(chéng)这些现象的除(chú)了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不(bù)够(gòu)全面(miàn)，引力(lì)很(hěn)可能在不(bù)同尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作方(fāng)式是不同的，这意(yì)味着在行(xíng)星系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上(shàng)升到(dào)星系和星团(tuán)的尺度(dù)，引(yǐn)力(lì)之间的相互(hù)作用则是(shì)不同的方式。对于在星系团(tuán)之(zhī)间的相互作(zuò)用，科(kē)学(xué)家还(hái)引(yǐn)入了外(wài)部场效(xiào)应的概念，指的是(shì)在数(shù)百万(wàn)光年的(de)规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊(shū)的效果，这个(gè)理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着(zhe)我们需要(yào)对现在(zài)的(de)物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的(de)其他的理(lǐ)论证据(jù)，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个(gè)碰撞的(de)星系团(tuán)所组成，类似(shì)这样的星团，它们大(dà)部分的普通质量都在(zài)星系的(de)气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的(de)相互(hù)作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位于所有这些气体所在的中间区域。那(nà)么我们通过什么(me)来(lái)验证它的质量区域(yù)到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当中第一张全(quán)彩的(de)高清照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地看(kàn)到很多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产生(shēng)了巨(jù)大的形(xíng)变(biàn)。其实这(zhè)些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了(le)，也(yě)不是韦(wéi)伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题(tí)，而是(shì)这样(yàng)极遥(yáo)远的天体(tǐ)和我们地球(qiú)上的(de)观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨(jù)大(dà)的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西(xī)的引力，会使身后(hòu)更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就(jiù)是引力(lì)透镜(jìng)效(xiào)应。这个(gè)巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人(rén)们对(duì)子(zi)弹星系团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大(dà)质量区域并(bìng)不是(shì)在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团(tuán)发生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可被观测到的(de)质量气(qì)体(tǐ)被卡在(zài)了(le)中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为(wèi)是(shì)暗(àn)物质存在的迄(qì)今为(wèi)止最好的理(lǐ)论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相对(duì)较冷的(de)区域，但实际上它们(men)之间的(de)温差只有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家们通(tōng)过对(duì)前景背景分离后的二(èr)值图(tú)像(xiàng)进行(xíng)连通域提取和标记(jì)之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐(fú)射的测量(liàng)值，我们(men)需要(yào)的暗物(wù)质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字(zì)与解释星(xīng)系当中恒星运动所需要的(de)暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单(dān)的理(lǐ)论框架，就很好地解释(shì)了很多不同(tóng)的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质的本(běn)质就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的(de)粒子(zi)，它们(men)不(bù)参(cān)与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗物(wù)质存在的实际证据。这(zhè)种粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们已经(jīng)提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒(lì)子所(suǒ)需(xū)要的实验(yàn)方式也不相同。在(zài)过去的(de)几十年当中，人(rén)类(lèi)为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们(men)已经(jīng)进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何(hé)实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的地下(xià)矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地(dì)学(xué)实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里(lǐ)的(de)科(kē)学家声称(chēng)观测(cè)到(dào)了某种信(xìn)号。经过(guò)了(le)20多年的(de)数据(jù)收(shōu)集，人们发现了一(yī)个有(yǒu)趣(qù)的事情(qíng)。探测(cè)率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然(rán)后(hòu)在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学家(jiā)认(rèn)为(wèi)这可能是人类发现暗(àn)物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信号(hào)呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也(yě)在以(yǐ)这样的速度在(zài)穿越着暗(àn)物质流，这个(gè)过程(chéng)中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年的(de)时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外半年则与(yǔ)之相(xiāng)反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达(dá)到完(wán)全一致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿(chuān)越暗(àn)物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的(de)平面(miàn)呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这(zhè)个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用(yòng)来解(jiě)释，研(yán)究人员们所观测到的周期性(xìng)信(xìn)号。当然也可(kě)能有其(qí)他的情况，造成这(zhè)种年度周(zhōu)期(qī)信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利(lì)游客的数(shù)量也符合这(zhè)个周(zhōu)期的(de)规律。

所以，科学(xué)家们又在南(nán)半球建立(lì)了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季(jì)节(jié)与之前的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一(yī)个(gè)实验室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相(xiāng)同的(de)信号，就可(kě)以成为暗物质所存在(zài)的非常(cháng)有力的证据(jù)了(le)。但是(shì)由于(yú)这(zhè)个(gè)实(shí)验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相(xiāng)应的数据(jù)支(zhī)持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视(shì)场仪器提供(gōng)的视野(yě)是(shì)哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的(de)用途就(jiù)是探索暗物质背(bèi)后的(de)奥(ào)秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了。费米(mǐ)实验室粒子(zi)天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研(yán)究发现，如(rú)果暗物(wù)质(zhì)存在(zài)，它们(men)极有可能拥(yōng)有另一(yī)种神(shén)秘的(de)效应，这种暗(àn)物质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)生命(mìng)的诞(dàn)生，或者(zhě)说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质会不(bù)会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通过(guò)这样的效(xiào)应创造生(shēng)命(mìng)。当(dāng)然，这些(xiē)推论的(de)大前提是(shì)要(yào)先找(zhǎo)到暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的(de)实际证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们(men)，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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