宇宙是“人(rén)为制造”的(de)？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物(wù)质又究竟是(shì)什么(me)？人类(lèi)为了寻找暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的证(zhèng)据，科学家们(men)在过(guò)去(qù)的(de)几十年当中进行了(le)超(chāo)过50次的(de)长期(qī)实验，但是却(què)没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了(le)一个地方，在1687年出(chū)版的(de)自然(rán)哲学(xué)数学原理一(yī)书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿发表了(le)万有引力(lì)定律，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天(tiān)体运(yùn)动(dòng)的规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨(guǐ)道(dào)出(chū)现异(yì)常，不符(fú)合万有引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定(dìng)有未知的(de)天体通(tōng)过(guò)引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过(guò)天(tiān)王星(xīng)运(yùn)行轨道的(de)异(yì)常，推算并(bìng)且发现(xiàn)了海王星的存在(zài)。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥(míng)王星的发(fā)现都是应用万有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得重大天文成就(jiù)的例子(zi)。但是这(zhè)些(xiē)发现都(dōu)是在(zài)恒星系(xì)统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星(xīng)系或者是星团的尺度(dù)，事情就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星(xīng)系(xì)团的质量。这(zhè)是一个由数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使用到(dào)两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方法结(jié)果一致，就可以确定(dìng)其(qí)质量的范围。

第一种是获(huò)得其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需要(yào)的数(shù)据是测量(liàng)各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量(liàng)星系(xì)团中的(de)各个星系相对于星系团的运动速(sù)度。当(dāng)测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发(fā)座星(xīng)系(xì)团有99%的质量消失(shī)了，或(huò)者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见光的(de)形式(shì)所存在，我(wǒ)们(men)无(wú)法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星(xīng)系的(de)速度比理论上要(yào)快得(dé)多，按(àn)照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系的质量所(suǒ)产生的引力(lì)是无(wú)法(fǎ)将(jiāng)它们束(shù)缚在(zài)星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团之外了(le)，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这(zhè)样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的(de)质(zhì)量。只是当时(shí)的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星(xīng)系(xì)中(zhōng)的(de)恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上(shàng)来说(shuō)，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们(men)观测的结果(guǒ)却让人感到不可思(sī)议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的(de)质量来吸引(yǐn)它(tā)们(men)，这些外(wài)围(wéi)的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于(yú)这种现象，科(kē)学家们会使(shǐ)用一种相对标(biāo)准(zhǔn)的方法来解释暗物质的(de)存(cún)在，这种方(fāng)法就是(shì)测量星系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物质的(de)力(lì)量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了(le)距离星(xīng)系中(zhōng)心(xīn)更远距离的(de)氢元(yuán)素，发现它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定(dìng)律进行(xíng)计算，太阳系的(de)运行速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳(yáng)系(xì)正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银河(hé)系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论速度(dù)，那么产生以上(shàng)这种向(xiàng)心加速度的原因很(hěn)可能就是存(cún)在着一种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物(wù)质(zhì)的引力效(xiào)应将星系聚集在了(le)一(yī)起。

也是从这时(shí)开(kāi)始，越来越多的(de)研究人(rén)员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根(gēn)据星(xīng)系外(wài)恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎(hū)没(méi)有(yǒu)引力(lì)效应(yīng)的(de)遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小差异(yì)。另外，天文学家还(hái)发现了一个(gè)反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当中存(cún)在的(de)恒(héng)星数量(liàng)却只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科(kē)学(xué)家们(men)使用最(zuì)先(xiān)进的望远镜对其进行了(le)40个小(xiǎo)时(shí)的详细测(cè)量(liàng)之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的(de)物质和力学(xué)定律来(lái)解(jiě)释的。那么又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该星系的暗(àn)物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的(de)是(shì)，它的附近没有(yǒu)任何星(xīng)系存在(zài)。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一(yī)种可(kě)能就是人类(lèi)对(duì)引力(lì)的理解(jiě)还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的(de)工作方式是不同的(de)，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理(lǐ)解的(de)方式运(yùn)动。但(dàn)是(shì)上升到(dào)星系和星团的尺度(dù)，引力之间的(de)相互作用则是不同的方式(shì)。对(duì)于在星系(xì)团(tuán)之(zhī)间的相互作(zuò)用，科学家(jiā)还引入(rù)了(le)外部场效应的概(gài)念，指的是(shì)在数百万光年的(de)规模上，巨大的(de)质量之(zhī)间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这(zhè)些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德(dé)理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距(jù)离(lí)为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个碰撞的(de)星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团(tuán)，它们(men)大部分(fēn)的普通质(zhì)量都(dōu)在星系的(de)气体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星(xīng)际(jì)气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系团大(dà)部分的(de)质量将位(wèi)于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什(shén)么来验证它的质(zhì)量(liàng)区域到底是不(bù)是(shì)集中在中间呢？前(qián)不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传回了(le)宇宙当中(zhōng)第(dì)一(yī)张全彩的(de)高(gāo)清照片，在照片中我(wǒ)们(men)可以明显(xiǎn)地看到很多(duō)星系似乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了什(shén)么问(wèn)题，而(ér)是(shì)这样极遥远的(de)天体和我们地球(qiú)上的观(guān)测者之(zhī)间。被一个质(zhì)量超级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的(de)东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力(lì)透镜效(xiào)应。这(zhè)个(gè)巨大(dà)的天体可(kě)能是超(chāo)大(dà)质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对(duì)子(zi)弹星系(xì)团(tuán)观测的时候，发(fā)现它的大质量区域并(bìng)不是(shì)在中间，而是(shì)在两(liǎng)侧(cè)。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的(de)质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过(guò)了这(zhè)个区(qū)域，并在(zài)两边(biān)形成了引力(lì)透(tòu)镜。对(duì)子弹星系团的引(yǐn)力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的(de)迄今为止(zhǐ)最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同(t宋朝二府三司分别是什么，二府三司分别是什么东府和西府óng)性的微波辐(fú)射。其中红色的部分表示(shì)温(wēn)度较高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们之间(jiān)的温(wēn)差只(zhǐ)有(yǒu)万分(fēn)之一。

科(kē)学家们通过对前景背(bèi)景分(fēn)离后(hòu)的二(èr)值图像进(jìn)行连通域提取和标(biāo)记之后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗(àn)物(wù)质，图形看起来不(bù)应该是(shì)这(zhè)样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的(de)幅度会减小，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射(shè)的测量值(zhí)，我们(men)需(xū)要(yào)的暗(àn)物质(zhì)大约是普通物质的(de)5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解(jiě)释星(xīng)系当中恒星运动所需要的(de)暗(àn)物质比例是一致的。这就(jiù)意味(wèi)着(zhe)。

用(yòng)了(le)一个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就很好地解(jiě)释(shì)了很(hěn)多(duō)不同的观(guān)测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的(de)本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒(lì)子，它们不参与任何其他的(de)电磁作用，只通(tōng)过引力(lì)来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到(dào)了暗物(wù)质存在的(de)实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十(shí)种的(de)假想目标(biāo)，而(ér)要寻(xún)找这(zhè)些不同的(de)目标(biāo)粒子所需要的实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在过去的几(jǐ)十(shí)年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规(guī)物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学(xué)家们已经(jīng)进(jìn)行(xíng)了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意(yì)大利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探(tàn)测器，一直致力(lì)于(yú)寻(xún)找暗物质粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的(de)科学(xué)家声称观测到了某(mǒu)种信(xìn)号(hào)。经(jīng)过了20多(duō)年的(de)数据收集，人(rén)们发现(xiàn)了(le)一(yī)个有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到最(zuì)低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家(jiā)认为(wèi)这可能是人类(lèi)发(fā)现暗物(wù)质的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会(huì)产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物(wù)质(zhì)存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗(àn)物质流，这(zhè)个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)太阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕(rào)银河系的方(fāng)向是(shì)一致的，而另外(wài)半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太(tài)阳的方(fāng)向正好达到完(wán)全一致，这是(shì)理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗宋朝二府三司分别是什么，二府三司分别是什么东府和西府物质流最快的(de)时(shí)段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的(de)情况中，太(tài)阳系相对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并(bìng)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释，研究(jiū)人(rén)员们所观测(cè)到的周期性信号。当然也(yě)可能(néng)有(yǒu)其他(tā)的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连意大(dà)利游客(kè)的数量也(yě)符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又(yòu)在南半球建立(lì)了一个几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室(shì)，这(zhè)里的季(jì)节与之前的(de)实(shí)验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过(guò)暗物质(zhì)流的(de)运动特征和第一个(gè)实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的(de)信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存(cún)在的(de)非常(cháng)有力的证据了。但(dàn)是由于(yú)这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还无法提(tí)供(gōng)相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的(de)用途就(jiù)是探索暗物质(zhì)背后的(de)奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验(yàn)室(shì)粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发现，如果暗物(wù)质存(cún)在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是(shì)生命进(jìn)化的(de)一(yī)个(gè)重要因素(sù)。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证(zhèng)实，那么遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物质会不会意味(wèi)着(zhe)人类(lèi)并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的(de)行星上，暗(àn)物质正在通过这样(yàng)的效(xiào)应(yīng)创造生命。当然(rán)，这些推论的(de)大前提是要先找到(dào)暗物质存在的(de)实际证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们觉(jué)得暗(àn)物质(zhì)到底存不(bù)存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是(shì)我更新(xīn)的动力！

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