宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解(jiě)释(shì)的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科(kē)学家(jiā)们(men)在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)进行了(le)超过50次的(de)长期实验，但是却(què)没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一个(gè)地方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发表了(le)万(wàn)有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动(dòng)的规(guī)律。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当天文(wén)学家们(men)发现(xiàn)某些天体(tǐ)运行轨道出现异(yì)常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道，周围一(yī)定(dìng)有未知的天体(tǐ)通(tōng)过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且(qiě)发现了海王星(xīng)的存在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都是应用(yòng)万(wàn)有引(yǐn)力定律所(suǒ)取得重大天文(wén)成(chéng)就的例子(zi)。但是这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们上升到(dào)星系或者是(shì)星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基(jī)正在(zài)研究和测(cè)量后发星(xīng)系团的(d德国柏林气候相当于中国哪 德国冬天冷还是北京冷e)质量。这是一个由数千个星系所组成的(de)巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量一(yī)般会使用到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方(fāng)法结果(guǒ)一(yī)致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量(liàng)"，需要的数据是测(cè)量各个星系(xì)的(de)光度。

第二(èr)种是动(dòng)力学质量的(de)计算，是利(lì)用光(guāng)谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速(sù)度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后，兹(zī)威基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了(le)，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不以可见(jiàn)光的(de)形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的(de)是(shì)，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发现星(xīng)系团(tuán)中很多星系的速度(dù)比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可见星系(xì)的质量(liàng)所产生的引力是无法将它们束缚(fù)在星(xīng)系(xì)团内的，它们早就应该德国柏林气候相当于中国哪 德国冬天冷还是北京冷(gāi)被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的(de)力(lì)量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不可见的(de)暗质，它不发(fā)散光、吸光(guāng)、反射(shè)光(guāng)，但是它(tā)们却占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对(duì)这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒(héng)星运(yùn)动。理论(lùn)上来(lái)说，距离中心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道(dào)上的运行速度就(jiù)会(huì)越慢(màn)。但是他们观(guān)测的结果却让(ràng)人(rén)感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质量来(lái)吸引它们，这些外围(wéi)的(de)恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科学(xué)家(jiā)们(men)会使用一种相对标准的(de)方法来解释暗物质的存在，这种方法就是(shì)测量星(xīng)系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体(tǐ)的旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现异(yì)常的结果，就认为是由(yóu)暗物质(zhì)的力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量(liàng)了(le)距离星系中心更(gèng)远距离(lí)的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外(wài)，太(tài)阳系位于银河系(xì)的第三悬臂之(zhī)上，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律进(jìn)行(xíng)计算(suàn)，太(tài)阳系的运(yùn)行速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速(sù)度(dù)远远大(dà)于(yú)理论速度，那么产生以(yǐ)上这(zhè)种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原因(yīn)很可能就是存在着一(yī)种我(wǒ)们(men)看不(bù)到的物质，是这些暗物(wù)质的引(yǐn)力效(xiào)应(yīng)将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多(duō)的研(yán)究(jiū)人员(yuán)开(kāi)始相信暗(àn)物(wù)质的存在(zài)。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速(sù)度(dù)，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可(kě)以解释这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在一(yī)项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效(xiào)应的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也(yě)会(huì)出现速度(dù)上(shàng)的微小差异(yì)。另外，天(tiān)文学家还发现了一个(gè)反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和(hé)银河系(xì)不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河(hé)系的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析。但是科学(xué)家们使(shǐ)用最先(xiān)进的望远镜对其进行了(le)40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现(xiàn)星系中的(de)恒星(xīng)运动是可以用(yòng)正常的物质(zhì)和力学定律来(lái)解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人(rén)类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的(de)工作方式是不(bù)同的，这意(yì)味着在行星系尺度(dù)中的(de)天(tiān)体会沿(yán)着它们的(de)轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但(dàn)是(shì)上升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的(de)相互(hù)作(zuò)用则是不(bù)同的方式(shì)。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科(kē)学家还引入(rù)了外部(bù)场效应(yīng)的概念(niàn)，指的(de)是在数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对(duì)彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这意味着我们需(xū)要(yào)对(duì)现在的(de)物理(lǐ)定律进(jìn)行修正，这(zhè)些发现也让很多人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就(jiù)此终结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质(zhì)存在的其他(tā)的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没(méi)法解释(shì)的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星团，它们(men)大部分的普通质量都(dōu)在星(xīng)系(xì)的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体(tǐ)的(de)相互作用就会导致温度(dù)的(de)急剧升高，速度(dù)大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分(fēn)的质量(liàng)将位(wèi)于所有(yǒu)这些气体所在的(de)中(zhōng)间区域。那么(me)我们通(tōng)过(guò)什么(me)来验证它(tā)的质量区域(yù)到底是(shì)不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太(tài)空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到(dào)很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真(zhēn)的(de)被扭曲了(le)，也不是(shì)韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了什么问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远的(de)天(tiān)体和(hé)我们地(dì)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(dōng)西的引力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星(xīng)系的(de)光都(dōu)发生了扭曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力(lì)透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨(jù)大的天体可(kě)能是超(chāo)大质量的(de)黑洞(dòng)或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域(yù)并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释(shì)方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观(guān)测到的(de)质(zhì)量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这个(gè)区域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引力(lì)透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团(tuán)的引力透镜研究也被认为(wèi)是(shì)暗物(wù)质存(cún)在的迄今(jīn)为止最好的理论(lùn)证据(jù)。

除(chú)此之外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于(yú)可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙(zhòu)空间背景(jǐng)上(shàng)留下(xià)了各(gè)相(xiāng)同性的微(wēi)波辐射。其中红色的(de)部分表示温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较冷(lěng)的区域(yù)，但实际上它们之间的(de)温(wēn)差只有万(wàn)分(fēn)之一。

科(kē)学家们通过对前(qián)景背景分(fēn)离(lí)后的二值图像进行(xíng)连(lián)通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该(gāi)是(shì)这样的，而随着暗(àn)物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值(zhí)，我们(men)需要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字与解释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好地解释(shì)了很多不同(tóng)的观测结果。而(ér)暗物(wù)质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)存(cún)在着某种类(lèi)型的粒子，它们(men)不参与任(rèn)何其他的电(diàn)磁(cí)作(zuò)用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒子的存在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗物质存(cún)在的实际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底是什(shén)么(me)？科学(xué)家们已经提出了数(shù)十种的假想目标，而要(yào)寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同(tóng)。在(zài)过(guò)去的几十年(nián)当中，人(rén)类为(wèi)了(le)寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行了超过(guò)50次的(de)实验，却没有任何实质性的(de)发现，除了(le)一个地(dì)方，意(yì)大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处的地下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最大的地学实(shí)验(yàn)室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过(guò)了20多年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣(qù)的事情。探(tàn)测率会在(zài)每年的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降到最低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年都是(shì)一样。一(yī)些科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗(àn)物质的第一(yī)个(gè)直(zhí)接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳(yáng)系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意味(wèi)着(zhe)我们也在以这样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的方向与太阳(yáng)环绕(rào)银(yín)河系的(de)方向是一(yī)致(zhì)的，而另外半年则(zé)与之相反。

而(ér)在6月(yuè)份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好达(dá)到完(wán)全一致，这是理论(lùn)上地球穿越(yuè)暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系(xì)的(de)平(píng)面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个(gè)理论的(de)有效性。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这可以用(yòng)来解释，研究人(rén)员们所观测(cè)到的周(zhōu)期性信号。当然也(yě)可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差异(yì)也可能(néng)是温(wēn)度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的(de)数(shù)量也符合这个周期的(de)规(guī)律。

所以，科(kē)学(xué)家们又在南半(bàn)球建立了一个几乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里的季(jì)节与(yǔ)之前(qián)的实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相(xiāng)同的信号，就(jiù)可(kě)以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在的非常有力的证(zhèng)据(jù)了。但是由于这个(gè)实验(yàn)室刚刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无法提供相应(yīng)的数据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提(tí)供的视野(yě)是哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键的用途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目(mù)以(yǐ)待(dài)了。费(fèi)米实(shí)验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物(wù)质存(cún)在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的(de)诞(dàn)生，或者说(shuō)是(shì)生命(mìng)进(jìn)化的一(yī)个重要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步的(de)证(zhèng)实(shí)，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着(zhe)人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或(huò)许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物(wù)质(zhì)正在通(tōng)过这样(yàng)的效应(yīng)创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前(qián)提(tí德国柏林气候相当于中国哪 德国冬天冷还是北京冷)是要(yào)先找到暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。那(nà)么(me)小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力(lì)！

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