宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么？人类(lèi)为了寻(xún)找(zhǎo)暗物(wù)质存在的证据(jù)，科(kē)学家们(men)在过去的几十年当中(zhōng)进行了超(chāo)过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲学数学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万(wàn)有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的(de)几百年(nián)来，当天(tiān)文学(xué)家们发现某些(xiē)天体运行轨道(dào)出现异常，不(bù)符(fú)合万有(yǒu)引力(lì)定律的(de)时(shí)候(hòu)，他们(men)就会知道，周围一定有未知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王(wáng)星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力(lì)定律(lǜ)所(suǒ)取得重(zhòng)大天文成就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发现都是在(zài)恒(héng)星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系(xì)或者是星团的尺度(dù)，事情就开始变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发(fā)星系团的质量。这是一个(gè)由数千个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚(fù)在一起。测量星(xīng)系团的质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就(jiù)可(kě)以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需(xū)要的数据是(shì)测(cè)量各(gè)个星系的光(guāng)度。

第(dì)二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的(de)计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系(xì)团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运动(dòng)速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟(jìng)然(rán)是“光度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质(zhì)量并不(bù)以可见光的形式所存在，我们(men)无(wú)法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发(fā)现(xiàn)星系团中很多(duō)星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些(xiē)可见星系(xì)的质量所产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的力量在(zài)起作用，这种力(lì)量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出(chū)了这(zhè)样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它(tā)们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当(dāng)时的人(rén)们(men)对(duì)这(zhè)样(yàng)的一(yī)种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这个词才再(zài)一次出(chū)现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特福特在(zài)观(guān)测仙女(nǚ)座星(xīng)系(xì)中的(de)恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距(jù)离中心(xīn)越(yuè)远(yuǎn)的(de)恒(héng)星(xīng)在其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但是他们观(guān)测(cè)的结果却(què)让(ràng)人感到(dào)不(bù)可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星(xīng)系(xì)当中如果没有足够大的(de)质量来吸引它(tā)们，这些外围(wéi)的(de)恒星早就(jiù)被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用一(yī)种相对(duì)标准的方法来解释(shì)暗物(wù)质的存在，这种方法就(jiù)是测(cè)量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系中(zhōng)心的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科(kē)学(xué)家们通(tōng)过射电望远镜(jìng)测量(liàng)了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)并不符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的第(dì)三悬(xuán)臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律进(jìn)行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度(dù)远远大于理论速度，那么产生以上这(zhè)种向心(xīn)加速度的原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看(kàn)不到的物质，是这(zhè)些暗物(wù)质的(de)引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是(shì)从这时开(kāi)始，越来越多的(de)研究人员开始相信暗(àn)物(wù)质(zhì)的存(cún)在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的(de)速度，估算在(zài)星系当中暗物质的(de)质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是(shì)唯一可以解(jiě)释这个(gè)现(xiàn)象的原因。在一(yī)项新的研究当(dāng)中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天(tiān)文学家还发(fā)现(xiàn)了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地(dì)球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星(xīng)数量(liàng)却只有(yǒu)银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星(xīng)系必(bì)须存(cún)在(zài)暗物(wù)质，否则就(jiù)会分崩离(lí)析。但是科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望远镜(jìng)对其进(jìn)行了(le)40个小时的详细测(cè)量之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常的(de)物质(zhì)和力学定律来解(jiě)释的。那(nà)么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质(zhì)，已经(jīng)被(bèi)附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗物质的(de)假说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可能(néng)就是人(rén)类对引(yǐn)力的理解还不够全面(miàn)，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的(de)工作方式是不同的，这意味着在(zài)行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但是(shì)上升到星(xīng)系和星团(tuán)的尺度，引力(lì)之间的相互作用则是不同(tóng)的方式(shì)。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还(hái)引入了外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的(de)是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成立，这(zhè)意味着我们需要对(duì)现在(zài)的物理定律进行(xíng)修(xiū)正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人认为暗(àn)物质假说理(lǐ)论就此终结(jié)。但是(shì)在宇宙当中还有关于(yú)暗(àn)物质存(cún)在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)所(suǒ)没(méi)法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的(de)子弹星系团，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似(shì)这样的星团，它(tā)们大部分的普通质量(liàng)都在星系的(de)气体当中。当星(xīng)团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部分(fēn)的(de)质(zhì)量(liàng)将位于(yú)所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的(de)中(zhōng)间区域。那么我(wǒ)们通(tōng)过什么来验证它的(de)质量区(qū)域到底(dǐ)是不(bù)是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一(yī)张全彩(cǎi)的高(gāo)清照(zhào)片，在(zài)照片中我们可以明显地看到(dào)很多星系似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了(le)巨大(dà)的(de)形变。其(qí)实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)出了什(shén)么(me)问题，而是这(zhè)样极(jí)遥远的天体和(hé)我们地(dì)球(qiú)上的观测(cè)者之间(jiān)。被一(yī)个(gè)质(zhì)量超级巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系(xì)的光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天(tiān)体可(kě)能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系团观测的(de)时候(hòu)，发现它的(de)大质量区域并不(bù)是在中(zhōng)间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当星团(tuán)发(fā)生全(quán)部的碰撞时，可(kě)被观测到的(de)质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直(zhí)接通过(guò)了(le)这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的(de)理论(lùn)证(zhèng)据(jù)。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始(shǐ)，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经过了(le)130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留下了各相同(tóng)性的(de)微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度较(jiào)高的区(qū)域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过(guò)对前景背景分离后的二值图像进行连通(tōng)域提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图(tú)形看起来不应(yīng)该(gāi)是(shì)这(zhè)样(yàng)的，而(ér)随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解释星(xīng)系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一(yī)个简单的理论(lùn)框架，就(jiù)很好地解(jiě)释了很多(duō)不同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存在着(zhe)某(mǒu)种(zhǒng)类(l女生摸你头发暗示什么，女生摸你的头发代表什么èi)型的粒(lì)子(zi)，它(tā)们不参(cān)与任何(hé)其他的(de)电磁作用(yòng)，只通过(guò)引力来相(xiāng)互(hù)作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗物(wù)质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们(men)已(yǐ)经(jīng)提(tí)出(chū)了数十(shí)种的假想目标，而(ér)要(yào)寻(xún)找这些不同的目(mù)标粒子(zi)所需(xū)要的实验方(fāng)式也不相同。在(zài)过去的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已(yǐ)经进行了(le)超过50次(cì)的实验，却没有任何实质性的发现，除了(le)一个(gè)地方，意(yì)大利(lì)的(de)格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上最(zuì)大(dà)的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里(lǐ)的(de)科学(xué)家声称(chēng)观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数(shù)据(jù)收(shōu)集，人们发现了一个(gè)有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在(zài)20年当(dāng)中每年都(dōu)是一样。一(yī)些科学家(jiā)认为这可(kě)能(néng)是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什(shén)么暗物(wù)质(zhì)会产生(shēng)周(zhōu)期性的(de)年(nián)度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕着银河系进行(xíng)移动(dòng)，那么如果暗(àn)物质存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着(zhe)我们也在(zài)以(yǐ)这(zhè)样(yàng)的速度在(zài)穿越着暗物质流(liú)，这个过(guò)程(chéng)中会产生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而(ér)另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗(àn)物(wù)质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现了(le)60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学(xué)家认为这可以用来(lái)解释，研究人(rén)员们所观测到的(de)周(zhōu)期性信号。当然也(yě)可能有其他(tā)的情况(kuàng)，造成这种年度周期(qī)信号的差异也(yě)可能是(shì)温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也(yě)符合这(zhè)个(gè)周期(qī)的规(guī)律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们又在南(nán)半球建立了(le)一个几乎相同的实验(yàn)室(shì)，这(zhè)里的季节与之前的(de)实验室正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的(de)运动特(tè)征和第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗(àn)物(wù)质所存在的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还(hái)无法(fǎ)提供相应的数据(jù)支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外(wài)仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中(zhōng)一个(gè)关(guān)键的用途就(jiù)是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可(kě)能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物(wù)质效(xiào)应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如(rú)果(guǒ)这一理论(lùn)得(dé)到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味着(zhe)人(rén)类并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大(dà)前提是要先找到(dào)暗物质存在的实(shí)际证据。那么(me)小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的(de)支持是我更新的动力(lì)！

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