宇宙是“人为制造”的(de)？为(wèi)何会存在(zài)科(kē)学无法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过(guò)去的几十年当中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现(xiàn)任何(hé)的有(yǒu)效证据。除(chú)了一个(gè)地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万(wàn)有引力定律，它(tā)揭示了(le)宇宙中天体运(yùn)动(dòng)的规律。往后(hòu)的几百年来(lái)，当天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一定(dìng)有(yǒu)未(wèi)知的(de)天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄动它(tā)的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的(de)异常，推(tuī)算并且发现了海王(wáng)星的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的发(fā)现都(dōu)是应(yīng)用万有(yǒu)引(yǐn)力定律所取(qǔ)得(dé)重大(dà)天文(wén)成就(jiù)的例子。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可(kě)当我(wǒ)们上升到(dào)星系(xì)或(huò)者是星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数(shù)千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测(cè)量星系团的质量(liàng)一般会使(shǐ)用(yòng)到两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结果一致，就可(kě)以确(què)定其质量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数(shù)据是测量各个星(xīng)系的光度(dù)。

第二(èr)种是(shì)动力学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的各(gè)个星系相(xiāng)对于星系(xì)团的运动速(sù)度。当测量结果出来之后(hòu)，兹(zī)威基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味(wèi)着(zhe)，后发座星系(xì)团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见光的形式(shì)所存在，我(wǒ)们(men)无法看到。最诡异的是(shì)，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团中(zhōng)很多(duō)星系的速度比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动(dòng)学(xué)定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可(kě)见(jiàn)星系的质量所产生的引(yǐn)力是无法(fǎ)将它们(men)束缚(fù)在星系团内的，它们(men)早就应该被抛出星(xīng)系(xì)团之外了(le)，除(chú)非有一种神秘的力(lì)量(liàng)在起作用，这种力量来(lái)源(yuán)于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对(duì)这样的一(yī)种说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但(dàn)是他(tā)们观测的结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离(lí)的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根据牛顿的(de)万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星系当中如果没(méi)有足够(gòu)大的质量来吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外(wài)围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家们会(huì)使(shǐ)用(yòng)一种相对(duì)标准的方法来解释暗物(wù)质(zhì)的存(cún)在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转速度(dù)。如果出(chū)现异常的结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物质的力量进(jìn)入(rù)其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离(lí)的氢元素(sù)，发现它们(men)的旋转速度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的(de)力学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际(jì)上(shàng)，太阳(yáng)系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的(de)速度围绕银河系(xì)旋转，这个实(shí)际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么(me)产生以上这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系(xì)聚(jù)集(jí)在(zài)了一起。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多(duō)的(de)研(yán)究人员开始相信(xìn)暗(àn)物质的存在。科学家根据(jù)星系(xì)外恒(héng)星轨道(dào)的速(sù)度，估算在(zài)星系(xì)当中暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可(kě)以解释这个现象的(de)原因。在一项新(xīn)的研(yán)究当中，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度(dù)上(shàng)的(de)微小差异。另外(wài)，天(tiān)文学家还(hái)发现了一个(gè)反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地(dì)球(qiú)大(dà)约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河系不(bù)多，但是星系当(dāng)中(zhōng)存在的(de)恒(héng)星数(shù)量却只(zhǐ)有银河系的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该(gāi)星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析(xī)。但(dàn)是科学(xué)家们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行(xíng)了40个小时的(de)详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用(yòng)正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的(de)。那么又有(yǒu)人(rén)提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没(méi)有任何星系存在。造(zào)成这(zhè)些现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就是人(rén)类对引(yǐn)力(lì)的理解还不够全面，引力很可能在(zài)不同尺度空(kōng)间中(zhōng)的(de)工(gōng)作方式(shì)是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的(de)天体(tǐ)会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理解的方式(shì)运动(dòng)。但是上升到(dào)星系和星(xīng)团的尺度，引力(lì)之(zhī)间的(de)相互作用则是(shì)不(bù)同(tóng)的方(fāng)式。对于在星(xīng)系(xì)团之(zhī)间(jiān)的相互作用(yòng)，科学家还引入了外(wài)部场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的(de)是在(zài)数百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大(dà)的(de)质量(liàng)之间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要对现在(zài)的物理(lǐ)定律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发现(xiàn)也让很多人(rén)认为暗(àn)物质假说理(lǐ)论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的其他(tā)的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光(guāng)年的子(zi)弹星系(xì)团(tuán)，由两个(gè)碰撞的(de)星系团(tuán)所组成，类似这样的星(xīng)团，它们(men)大部分的普通(tōng)质(zhì)量都在星系(xì)的气体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气(qì)体的(de)相互作(zuò)用就会导(dǎo)致温度(dù)的急剧(jù)升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于所有这些气(qì)体(tǐ)所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那么我们通过什么来验证它的(de)质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全彩(cǎi)的高清照片，在(zài)照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本(běn)身并不是(shì)真的被扭曲了，也不(bù)是(shì)韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了(le)什(shén)么问题(tí)，而(ér)是这(zhè)样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们地球(qiú)上的观测者之(zhī)间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大(dà)质量的东西的引力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现(xiàn)象就是(shì)引力透镜效应。这(zhè)个巨大的(de)天(tiān)体可能是超大(dà)质量的(de)黑洞或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对子弹星(xīng)系团观(guān)测的时候，发现(xiàn)它的(de)大质量区域(yù)并不是在中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观(guān)测到的(de)质量(liàng)气体(tǐ)被(bèi)卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系(xì)团的引力(lì)透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光终于可(kě)以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年之后，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上留(liú)下了各(gè)相(xiāng)同性的微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红色(sè)的部分表示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科(kē)学家们通过对(duì)前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行(xíng)连(lián)通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质(zhì)的增(zēng)加(jiā)，一(yī)些峰值(zhí)的幅(fú)度会减小，才变(biàn)得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测(cè)量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需(xū)要(yào)的暗物(wù)质比(bǐ)例(lì)是一(yī)致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了(le)一(yī)个简单的(de)理(lǐ)论框架，就很(hěn)好地(dì)解释了很多(duō)不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的(de)粒子，它们(men)不参(cān)与任何其他的电磁作用，只通过引力来(lái)相互作用。所(suǒ)以如果(guǒ)能够(gòu)找到这种粒子(zi)的存在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在的(de)实际证据。这种粒子到底是(shì)什(shén)么？科学(xué)家们已(yǐ)经提出了(le)数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不(bù)同(tóng)的目标粒子(zi)所需要的(de)实验方式也不相同(tóng)。在过去(qù)的几十年当(dāng)中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了(le)一个地方，意大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球(qiú)上(shàng)最大的(de)地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探(tàn)测(cè)器，一直致(zhì)力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这15英寸等于多少厘米 15英寸等于多少寸里的科学家声称观测(cè)到(dào)了某种信号(hào)。经过(guò)了20多年(nián)的数据(jù)收集，人们(men)发现了一个有趣(qù)的事情。探(tàn)测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低(dī)，而(ér)且在(zài)20年当中(zhōng)每年(nián)都是一样。一些科(kē)学(xué)家认为这可(kě)能是人类发现暗物质(zhì)的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正(zhèng)在以2215英寸等于多少厘米 15英寸等于多少寸0公里/秒的(de)速(sù)度围绕着(zhe)银河(hé)系进行移动，那么(me)如(rú)果(guǒ)暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以这样的速(sù)度在穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相(xiāng)应的(de)振荡，同时地(dì)球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地(dì)球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一(yī)致的，而(ér)另外半(bàn)年(nián)则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全一(yī)致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物(wù)质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科(kē)学(xué)家(jiā)认(rèn)为这可(kě)以(yǐ)用来解释，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号(hào)。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是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数(shù)量也符合这(zhè)个周期的规(guī)律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前(qián)的实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可(kě)以成为(wèi)暗物(wù)质所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是(shì)由(yóu)于(yú)这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相(xiāng)应的(de)数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽(kuān)视场(chǎng)仪(yí)器提供(gōng)的(de)视野是哈勃红外(wài)仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中(zhōng)一个关(guān)键(jiàn)的用途就是(shì)探索暗(àn)物(wù)质背后的奥秘，对(duì)于探(tàn)测的(de)结果，我们(men)只能拭目以(yǐ)待了(le)。费米实(shí)验室(shì)粒子天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种(zhǒng)神秘(mì)的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支(zhī)持(chí)宇宙当(dāng)中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到进一步的(de)证(zhèng)实，那(nà)么遍(biàn)布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物质会不(bù)会意味(wèi)着(zhe)人类(lèi)并不孤单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落的(de)行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过(guò)这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提(tí)是要先(xiān)找到暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴们，你们(men)觉得暗(àn)物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的(de)动力！

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