宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟(jìng)是什么？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的(de)证据，科学(xué)家(jiā)们在过去(qù)的几十年当中(zhōng)进行(xíng)了超(chāo)过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何的有效证据(jù)。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的几百年(nián)来，当(dāng)天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有(yǒu)引力定律(lǜ)的(de)时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力(lì)在摄动(dòng)它的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的(de)异常，推(tuī)算并且发现(xiàn)了海王星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的(de)例(lì)子。但是这些(xiē)发现都是在恒星(xīng)系统的(de)尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量后发星(xīng)系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系(xì)团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的质(zhì)量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其(qí)"光度学的质量"，需要(yào)的(de)数(shù)据(jù)是测量(liàng)各个星系的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质量(liàng)的计(jì)算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系(xì)相对于星(xīng)系团的运动(dòng)速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度(dù)学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速(sù)度的(de)过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发(fā)现星系团(tuán)中很多(duō)星系的速度比理(lǐ)论(lùn)上(shàng)要快(kuài)得多，按(àn)照(zhào)牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见星(xīng)系的质量(liàng)所产生的引(yǐn)力(lì)是(shì)无法将它们束缚在星(xīng)系团内的(de)，它(tā)们早就应该被(bèi)抛出星系团(tuán)之外(wài)了，除(chú)非有一种神(shén)秘的力量在(zài)起(qǐ)作(zuò)用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大部分的(de)质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出(chū)现。天(tiān)文学家维(wéi)拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特在(zài)观测仙女(nǚ)座(zuò)星系中(zhōng)的(de)恒星(xīng)运动。理论上来说，距(jù)离中(zhōng)心越(yuè)远(yuǎn)的恒星(xīng)在(zài)其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是(shì)他(tā)们观测(cè)的(de)结果却让人感到(dào)不(bù)可思(sī)议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是(shì)根据牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星(xīng)系当中如(rú)果没有(yǒu)足够大的质(zhì)量来(lái)吸引(yǐn)它(tā)们，这(zhè)些外围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释(shì)暗物质的存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是(shì)测量星(xīng)系当中气体(tǐ)在(zài)X轴(zhóu)上距离星系中心(xīn)的距离(lí)，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其(qí)中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星系中心更(gèng)远距(jù)离(lí)的氢(qīng)元素(sù)，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银(yín)河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根(gēn)据(jù)万有引(yǐn)力定律进行计算(suàn)，太(tài)阳系的运行速(sù)度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围(wéi)绕银(yín)河系(xì)旋转，这个实际速度(dù)远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生以上(shàng)这种向心加速(sù)度(dù)的原因很可(kě)能就是存(cún)在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗(àn)物(wù)质(zhì)的引力效应将星系聚集在(zài)了一(yī)起。

也是(shì)从(cóng)这时开始，越来越多的研究人(rén)员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据(jù)星(xīng)系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当(dāng)中暗(àn)物质的(de)质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解(jiě)释这个现(xiàn)象(xiàng)的(de)原因(yīn)。在一项新的研究当中，科(kē)学家(jiā)们(men)发现，几乎(hū)没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天文学(xué)家还发(fā)现了一个(gè)反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和(hé)银(yín)河(hé)系不(bù)多(duō)，但是星系当中(zhōng)存在(zài)的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论(lùn)上，该星(xīng)系必须(xū)存在(zài)暗物(wù)质，否则就会分崩(bēng)离(lí)析。但(dàn)是(shì)科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对其(qí)进行了(le)40个小时的详细测量之后，发(fā)现星系中的恒星(xīng)运(yùn)动是(shì)可以用正(zhèng)常的物质和(hé)力学定律来解释(shì)的。那么又有人(rén)提出，也许(xǔ)该星系的暗(àn)物(wù)质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没(méi)有(yǒu亚洲48个国家的名字，亚洲包含哪几个国家组成)任何星系存在(zài)。造(zào)成这些现象的除(chú)了暗(àn)物质(zhì)的(de)假(jiǎ)说之(zhī)外，另(lìng)一种可(kě)能就是人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意(yì)味着在行星(xīng)系尺度(dù)中(zhōng)的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方(fāng)式(shì)运(yùn)动。但是上升到星系和(hé)星团的尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的相互作用则(zé)是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科学(xué)家还引入了外部场效应的概(gài)念，指的(de)是在数百万光(guāng)年(nián)的规模上，巨大的质(zhì)量(liàng)之间会产生对(duì)彼此特殊的(de)效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意(yì)味着我们需要对现在的(de)物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很(hěn)多人(rén)认为暗物质假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的子(zi)弹星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系(xì)团所(suǒ)组成，类(lèi)似这样的星团，它(tā)们大部分的普通质量(liàng)都在星系的气体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际气体的(de)相互作用就会导致(zhì)温度的急(jí)剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分(fēn)的质量将位(wèi)于(yú)所有这(zhè)些气(qì)体所在的中(zhōng)间区域。那么我(wǒ)们通(tōng)过什么来验证它(tā)的质量区域到底是不是(shì)集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照(zhào)片，在照片(piàn)中我们(men)可(kě)以明(míng)显地看到很多星系(xì)似(shì)乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望(wàng)远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的(de)观测者之间。被一个(gè)质量超级巨大(dà)的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超(chāo)大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是(shì)引力透(tòu)镜效应。这个巨大(dà)的天(tiān)体可(kě)能是(shì)超大(dà)质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观测的时候，发(fā)现它(tā)的(de)大质量区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以最好的解释(shì)方法(fǎ)就是当星(xīng)团发生全(quán)部(bù)的碰撞时(shí)，可被观测(cè)到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则(zé)直接(jiē)通过了这个区域(yù)，并在两边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系(xì)团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除(chú)此之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可见光(guāng)终于(yú)可(kě)以畅(chàng)通无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光(guāng)在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留下了(le)各相同(tóng)性的微波辐(fú)射。其中红色的(de)部分表示温度较高(gāo)的区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对较冷(lěng)的区域，但实际上它(tā)们之间的温差只有万(wàn)分之(zhī)一(yī)。

科学家们通过(guò)对前景背(bèi)景分离(lí)后的二(èr)值(zhí)图像(xiàng)进行连(lián)通域(yù)提(tí)取和标记(jì)之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背景辐射(shè)的测量(liàng)值，我(wǒ)们(men)需(xū)要的暗物(wù)质大约是普通物质的(de)5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗(àn)物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它(tā)们不参与(yǔ)任何其他(tā)的电(diàn)磁作用(yòng)，只通(tōng)过引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到(dào)这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么(me)？科学(xué)家们已(yǐ)经提(tí)出了数(shù)十种的假想目标，而要(yào)寻找这(zhè)些不同的(de)目(mù)标粒(lì)子所(suǒ)需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不会与常(cháng)规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了(le)一(yī)个地方(fāng)，意大利(lì)的格兰(lán)萨(sà)索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最大的地学(xué)实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里(lǐ)的(de)科学家声称观(guān亚洲48个国家的名字，亚洲包含哪几个国家组成)测到了(le)某种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人(rén)们发现了(le)一(yī)个有趣的(de)事情。探测(cè)率(lǜ)会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年(nián)当中每年都是(shì)一样。一(yī)些科学家(jiā)认(rèn)为这可能是(shì)人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕着银(yín)河(hé)系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着我们也(yě)在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球(qiú)又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕太(tài)阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地(dì)球(qiú)围绕太(tài)阳的方向与太阳(yáng)环(huán)绕银河(hé)系的方向是一致的，而另外半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的(de)方向正好达到(dào)完全一致(zhì)，这是理(lǐ)论(lùn)上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了(le)最(zuì)慢(màn)值。尽管(guǎn)在实际(jì)的(de)情况中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现了(le)60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的(de)有效(xiào)性(xìng)。

因此科(kē)学家认为(wèi)这(zhè)可以用(yòng)来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成(chéng)这种年度周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的(de)积(jī)雪，甚至(zhì)连(lián)意(yì)大利游客的数(shù)量也(yě)符合这(zhè)个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实(shí)验(yàn)室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个(gè)实验室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果(guǒ)在这里可以得到(dào)相(xiāng)同的信号(hào)，就可以成为(wèi)暗物(wù)质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是(shì)由于这个实验(yàn)室刚刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以截(jié)至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器提供的视(shì)野是(shì)哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关键的(de)用途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结(jié)果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质(zhì)存在(zài)，它们(men)极(jí)有可能拥(yōng)有另一种神秘的(de)效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生(shēng)，或(huò)者说是生命进(jìn)化的一(yī)个重(zhòng)要因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到(dào)进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质会不会(huì)意味着人(rén)类(lèi)并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过这(zhè)样(yàng)的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗物质(zhì)存在(zài)的实际(jì)证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更(gèng)新(xīn)的(de)动力！

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