宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无(wú)法解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物(wù)质存(cún)在的证据(jù)，科学家们在过去(qù)的几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何(hé)的有效证据。除(chú)了一个地(dì)方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学(xué)原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些(xiē)天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道(dào)，周围一(yī)定(dìng)有(yǒu)未知的天体通过引力(lì)在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行(xíng)轨(guǐ)道(dào)的异常(cháng)，推算(suàn)并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的发现都(dōu)是应用(yòng)万有引力定律(lǜ)所取得(dé)重大天文成就的例子。但是(shì)这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系或者是星(xīng)团的尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测量(liàng)后发星系(xì)团(tuán)的质量。这是一个由数(shù)千个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系(xì)团(tuán)，这(zhè)些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团的(de)质量一般(bān)会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结(jié)果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需要(yào)的(de)数(shù)据是测(cè)量各(gè)个(gè)星(xīng)系(xì)的光度。

第二种是动(dòng)力(lì)学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团中的各(gè)个(gè)星(xīng)系(xì)相(xiāng)对于星系团的运动(dòng)速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量(liàng)”竟然是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发(fā)座(zuò)星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见(jiàn)光(guāng)的形(xíng)式(shì)所(suǒ)存(cún)在，我(wǒ)们无(wú)法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的(de)过程中，兹威基发现星(xīng)系(xì)团中很多星系的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛(niú)顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星系的(de)质量所产生的引力(lì)是无法将它们束(shù)缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力(lì)量在起作用，这(zhè)种力量来源于(yú)某(mǒu)种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出了这样部(bù)分不可见的暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸光(guāng)、反射光，但是(shì)它们却占据着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部分(fēn)的质量。只是(shì)当(dāng)时的人(rén)们对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这个词才(cái)再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在观(guān)测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来(lái)说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运(yùn)行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的(de)结(jié)果却(què)让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距(jù)离的增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度几乎保持(chí)不变。可(kě)是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没(méi)有足(zú)够大(dà)的质量来吸引它(tā)们，这些外围的(de)恒星(xīng)早(zǎo)就被(bèi)甩(shuǎi)到(dào)宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量(liàng)星系当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结(jié)果(guǒ)，就认为是(shì)由暗(àn)物质的力量进入(rù)其(qí)中(zhōng)。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射电(diàn)望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发(fā)现(xiàn)它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也不(bù)例外，太(tài)阳系(xì)位于(yú)银河(hé)系(xì)的(de)第三(sān)悬臂之(zhī)上，距离银(yín)河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的运行速(sù)度(dù)应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系(xì)正在以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论(lùn)速(sù)度，那(nà)么产生(shēng)以上(shàng)这种向心(xīn)加速度的原(yuán)因很可能(néng)就是存在(zài)着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚(jù)集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来(lái)越多的(de)研究人员(yuán)开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的速(sù)度，估(gū)算(suàn)在(zài)星系当中暗物(wù)质的质量(liàng)占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一(yī)可以解释这个现象的原因。在(zài)一项(xiàng)新的(de)研(yán)究当中(zhōng)，科学家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也(yě)会出(chū)现速(sù)度(dù)上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但(dàn)是(shì)星系当中存在的恒星数量却(què)只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离(lí)析。但是科学家们(men)使用最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜对其(qí)进行(xíng)了40个小时的详细测(cè)量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运动是可以用(yòng)正常(cháng)的物(wù)质和力学定律(lǜ)来(lái)解释的。那(nà)么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质(zhì)，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它的(de)附近没有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的假说之外，另(lìng)一种可能就(jiù)是(shì)人类对引力的理解(jiě)还(hái)不够(gòu)全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中的(de)工作方(fāng)式是不同(tóng)的，这意(yì)味着(zhe)在行星系尺度中的(de)天(tiān)体会沿(yán)着它们的轨道，按照(zhào)我们所理(lǐ)解的(de)方式运动。但是(shì)上升到星系和星团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的(de)方(fāng)式。对于在星系(xì)团之间的相互(hù)作(zuò)用，科学家还(hái)引入了(le)外部场效应的概(gài)念，指的是在数(shù)百万光年的规(guī)模上，巨大(dà)的质量之间会(huì)产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需要(yào)对现在(zài)的物(wù)理定律进行修(xiū)正，这(zhè)些发现也让(ràng)很(hěn)多人认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物(wù)质存(cún)在(zài)的(de)其(qí)他的理论证据(jù)，这些理论(lùn)证据是蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光(guāng)年(nián)的子(zi)弹星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的星系(xì)团所组成(chéng)，类似这样(yàng)的星团，它们大部(bù)分的普通质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生(shēng)碰撞的(de)时候，星际气(qì)体的相互作用就会导致(zhì)温度的(de)急(jí)剧(jù)升(shēng)高，速度(dù)大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系(xì)团大(dà)部分的质量(liàng)将位(wèi)于(yú)所有这些气体所在的中间区域(yù)。那(nà)么我(wǒ)们通过什么来验证(zhèng)它的质(zhì)量区域到底是不(bù)是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地看到很多星系(xì)似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身(shēn)并不是(shì)真的被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯(bó)望(wàng)远镜(jìng)出了什么问题(tí)，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大(dà)质量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能(néng)是超(chāo)大质量的黑洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所以当人(rén)们对子(zi)弹星系团(tuán)观测(cè)的时(shí)候，发现它(tā)的大质量区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体被卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质则直接通过了(le)这个区域(yù)，并在两边(biān)形成了(le)引力(lì)透镜。对子弹星系团(tuán)的(de)引力透镜研(yán)究也(yě)被认(rèn)为是暗物(wù)质存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的(de)理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了(le)。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留下了各相同(tóng)性的微波辐(fú)射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的(de)区域，蓝色则表示(shì)相对较(jiào)冷(lěng)的(de)区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前(qián)景(jǐng)背(bèi)景分离(lí)后(hòu)的(de)二值图(tú)像(xiàng)进行连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅(fú)度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背(bèi)景辐射的(de)测量值，我们需(xū)要的暗物(wù)质大约是普通(tōng)物(wù)质(zhì)的5倍(bèi)。这个(gè)数(shù)字(zì)与(yǔ)解释星系当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一(yī)个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了(le)很多不同(tóng)的(de)观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是(shì)宇(yǔ)宙当中存(cún)在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与任何其他(tā)的(de)电磁作用，只通过引力(lì)来相(xiāng)互(hù)作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子(zi)的存(cún)在(zài)，就(jiù)相当于(yú)找到了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底(c上标3下标5怎么算公式，c上标2下标5怎么算dǐ)是什么？科学家(jiā)们(men)已经(jīng)提出了(le)数十种的(de)假想目标，而(ér)要(yào)寻找这(zhè)些不(bù)同(tóng)的目(mù)标粒子所需要的实验方(fāng)式(shì)也不相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互(hù)作(zuò)用的(de)“暗(àn)物(wù)质”，科学(xué)家们已经进(jìn)行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了(le)一(yī)个地(dì)方，意大利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球(qiú)上最大的地(dì)学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的科学家(jiā)声(shēng)称观测(cè)到了(le)某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的事(shì)情(qíng)。探测率(lǜ)会在每年(nián)的(de)6月份达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降到(dào)最低(dī)，而且在(zài)20年当中每年都(dōu)是一样。一些(xiē)科学家(jiā)认(rèn)为这可能是人类(lèi)发(fā)现(xiàn)暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕着银河(hé)系进行移动(dòng)，那么如果暗物(wù)质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以(yǐ)这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个(gè)过程中(zhōng)会产生相应的(de)振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是(shì)一致的，而另(lìng)外半(bàn)年(nián)则与之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正(zhèng)好达到完全一(yī)致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳(yáng)系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号。当然(rán)也可能(néng)有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周(zhōu)期信号(hào)的差异也(yě)可能是(shì)温(wēn)度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数(shù)量也(yě)符合这个(gè)周(zhōu)期的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球建立(lì)了一个(gè)几乎相同(tóng)的实(shí)验室(shì)，这(zhè)里的季节(jié)与(yǔ)之前的实(shí)验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第一个实(shí)验室是一样的(de)。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这(zhè)里(lǐ)可以得到相同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力的证据了(le)。但是(shì)由(yóu)于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一(yī)台新的望远镜，这台(tái)太空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南(nán)希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎnc上标3下标5怎么算公式，c上标2下标5怎么算g)仪器提供的视野(yě)是(shì)哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜(jìng)其中(zhōng)一(yī)个关(guān)键的用(yòng)途就是探(tàn)索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥(ào)秘，对(duì)于探测的结果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体(tǐ)物理中心的科(kē)学(xué)家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯(sī)特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘(mì)的(de)效应(yīng)，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效(xiào)应(yīng)，会支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命的诞(dàn)生，或(huò)者(zhě)说(shuō)是生(shēng)命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一(yī)步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味(wèi)着人(rén)类并不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙当中某个(gè)角落的行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的(de)效应(yīng)创造生命。当然(rán)，这些推(tuī)论的大前提(tí)是(shì)要先找到暗物质存在的实际证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你们(men)觉得(dé)暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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