宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会存(cún)在科学无法解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在(zài)的(de)证(zhèng)据，科学(xué)家们在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中进行了超过50次(cì)的长期(qī)实验，但是却没(méi)有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律(lǜ)，它(tā)揭(jiē)示了(le)宇(yǔ)宙中(zhōng)天体(tǐ)运动的规律。往后(hòu)的几(jǐ)百年来，当天文(wén)学家们发(fā)现某些天体运(yùn)行轨道出(chū)现(xiàn)异常(cháng)，不符(fú)合(hé)万有引力定律的时候，他们(men)就(jiù)会知道，周围一定(dìng)有未知的天(tiān)体(tǐ)通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过(guò)天王(wáng)星(xīng)运行轨道(dào)的异常(cháng)，推算并且发现了海王星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文成(chéng)就的(de)例子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上(shàng)升到(dào)星系或(huò)者是(shì)星团的(de)尺度(dù)，事情(qíng)就开(kāi)始变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后发星系团(tuán)的质(zhì)量。这(zhè)是一个由数(shù)千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星(xīng)系被(bèi)引力(lì)束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系(xì)团的质量一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结(jié)果一致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的(de)质量"，需要的数(shù)据(jù)是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ小小心意,不成敬意请笑纳，小小心意 不成敬意是什么意思)红移测量星系团中的各个星系相对(duì)于星系(xì)团的(de)运动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以(yǐ)可见(jiàn)光(guāng)的(de)形式所存(cún)在，我们(men)无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程(chéng)中，兹(zī)威基发(fā)现星(xīng)系团中很(hěn)多星系的速(sù)度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生(shēng)的(de)引力是无(wú)法将它们束缚在(zài)星系团内的，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出(chū)星系团(tuán)之(zhī)外了，除非有(yǒu)一(yī)种神(shén)秘(mì)的力(lì)量(liàng)在起(qǐ)作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来源于(yú)某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的(de)暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时(shí)的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才再(zài)一次出现。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁(lǔ)宾和(hé)肯特(tè)福特在观测仙女座星系(xì)中的(de)恒(héng)星运动。理论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在(zài)其(qí)轨(guǐ)道上(shàng)的运行(xíng)速(sù)度就会越慢。但是他们(men)观测的(de)结果却(què)让人感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星(xīng)的(de)旋转速(sù)度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的质量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些外(wài)围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用一种相对(duì)标准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法(fǎ)就(jiù)是测(cè)量星系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中心(xīn)的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的(de)结果，就认为(wèi)是由暗物(wù)质的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于是科学(xué)家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距(jù)离星系中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋(xuán)转速(sù)度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系(xì)也不例外，太(tài)阳系位于银河系的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太(tài)阳系的运(yùn)行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么(me)产生以上(shàng)这种向心加(jiā)速度(dù)的原因(yīn)很(hěn)可能就是(shì)存(cún)在着一种我们看不(bù)到的物质，是(shì)这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了(le)一(yī)起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始(shǐ)，越来(lái)越多的研究人(rén)员开始相信暗(àn)物质的存(cún)在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道(dào)的速度，估算(suàn)在(zài)星系当中暗物(wù)质的质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释(shì)这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和银河系不多，但(dàn)是星系(xì)当中存(cún)在的(de)恒星(xīng)数量(liàng)却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就(jiù)会(huì)分(fēn)崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测(cè)量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常(cháng)的物质和力(lì)学(xué)定律来(lái)解(jiě)释的。那么又(yòu)有人提(tí)出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另(lìng)一个(gè)大星(xīng)系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能(néng)就是人类对(duì)引力的理解还不够全(quán)面(miàn)，引力(lì)很可能(néng)在不同尺度空间中的工作方(fāng)式(shì)是不同的(de)，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺度中的天(tiān)体会沿着它们的(de)轨道，按照我们所(suǒ)理解的(de)方式运动。但是(shì)上升(shēng)到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相(xiāng)互(hù)作用则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学(xué)家还引入了外部(bù)场效应的概念(niàn)，指的(de)是(shì)在数百万光(guāng)年(nián)的规(guī)模(mó)上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的(de)效果，这个(gè)理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我(wǒ)们(men)需(xū)要(yào)对(duì)现在的物理定(dìng)律进行修正，这些发现(xiàn)也(yě)让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们(men)大部(bù)分的普通质量都在星(xīng)系的(de)气体当中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰撞的时候(hòu)，星际气(qì)体的(de)相互(hù)作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团大部(bù)分的质量(liàng)将位于所有这(zhè)些气体(tǐ)所在(zài)的中间区域(yù)。那么(me)我(wǒ)们通(tōng)过什么(me)来验证它的质量区(qū)域到底是(shì)不是集中在中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望远镜传(chuán)回(huí)了(le)宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们(men)可以明显地(dì)看(kàn)到很多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形(xíng)变。其实这些星系(xì)本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的(de)光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是(shì)超大(dà)质(zhì)量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子(zi)弹星系团观测(cè)的时候，发现它(tā)的大质(zhì)量区域(yù)并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个(gè)区域，并(bìng)在两边形(xíng)成了(le)引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅(chàng)通无(wú)阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色(sè)的部分表(biǎo)示温度较高的(de)区域，蓝色(sè)则表示相对(duì)较冷的区域，但(dàn)实际(jì)上(shàng)它们之间(jiān)的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景(jǐng)分离后的二值(zhí)图(tú)像(xiàng)进行(xíng)连通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗(àn)物质，图(tú)形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的测量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动(dòng)所需(xū)要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了(le)一个简单的理(lǐ)论(lùn)框架，就(jiù)很好地解释(shì)了很(hěn)多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够(gòu)找到(dào)这种粒子的存(cún)在，就相当于(yú)找到了暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们(men)已经提(tí)出了数(shù)十种的(de)假想目标，而要(yào)寻找这些(xiē)不同的目(mù)标粒子(zi)所需要的(de)实验方(fāng)式也不相(xiāng)同(tóng)。在过去的(de)几(jǐ)十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常(cháng)规(guī)物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们(men)已经进行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却没有任(rèn)何实质(zhì)性的发(fā)现，除了一(yī)个地方，意(yì)大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上(shàng)最大的地学实(shí)验(yàn)室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层(céng)楼高的探测(cè)器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经过了(le)20多年的数据(jù)收集，人们(men)发现了一个(gè)有(yǒu)趣的事情。探测率会在每(měi)年(nián)的(de)6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降到(dào)最低，而且在20年当中每年(nián)都是一样。一些科学家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗物(wù)质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么(me)暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进(jìn)行移动(dòng)，那么如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们(men)也在以这样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这个过程(chéng)中会产生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年的时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河(hé)系(xì)的方向(xiàng)是一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地(dì)球(qiú)与太阳(yáng)的方向正好达到完全一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗物质流最(zuì)快的时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影响这(zhè)个理论(lùn)的(de)有效性。

因此科(kē)学家认(rèn)为这可以用(yòng)来解释，研究人员们(men)所观(guān)测到的(de)周期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能(néng)是(shì)温度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客(kè)的数量也(yě)符合(hé)这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立了(le)一个小小心意,不成敬意请笑纳，小小心意 不成敬意是什么意思几乎相同的实(shí)验(yàn)室(shì)，这里的(de)季节(jié)与之前的(de)实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和(hé)第(dì)一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里(lǐ)可以得到(dào)相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以成为暗物(wù)质所存在的非常(cháng)有(yǒu)力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜，这(zhè)台(tái)太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提供的(de)视野是哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后(hòu)的奥秘，对于探测的(de)结果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以待(dài)了。费米实验(yàn)室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极有(yǒu)可(kě)能拥有另一种(zhǒng)神秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生(shēng)命的诞生，或(huò)者(zhě)说是(shì)生(shēng)命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的(de)证实，那么(me)遍布宇宙当中的(de)暗物质会(huì)不(bù)会意(yì)味着人(rén)类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效(xiào)应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推小小心意,不成敬意请笑纳，小小心意 不成敬意是什么意思(tuī)论的大前(qián)提是(shì)要先(xiān)找到暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。那么(me)小(xiǎo)伙(huǒ)伴(bàn)们(men)，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新(xīn)的动力！

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