宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在(zài)科学(xué)无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质存(cún)在的证据(jù)，科学家们在过去的几十年(nián)当中进行(xíng)了超过50次(cì)的(de)长期实(shí)验，但是却没有发(fā)现任何的(de)有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭(jiē)示(shì)了(le)宇(yǔ)宙中天体运动的规(guī)律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发(fā)现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合(hé)万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异(yì)常，推算并且发现了(le)海王(wáng)星的(de)存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得(dé)重大(dà)天文成(chéng)就(jiù)的例子。但是这些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上(shàng)升(shēng)到星(xīng)系或者是(shì)星团(tuán)的(de)尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹(zī)威基正在(zài)研究(jiū)和测(cè)量后(hòu)发星(xīng)系团的(de)质量(liàng)。这是一个由数(shù)千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得(dé)其(qí)"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光(guāng)度(dù)。

第二种是(shì)动(dòng)力学(xué)质量的(de)计(jì)算，是(shì)利(lì)用光谱红移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对(duì)于(yú)星系团的(de)运动速度。当(dāng)测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者(zhě)说这99%的(de)质量并(bìng)不(bù)以可(kě)见光的(de)形式(shì)所(suǒ)存在，我们(men)无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的(de)过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系(xì)的速度比理论上要(yào)快(kuài)得(dé)多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅靠(kào)这(zhè)些可见星系的质(zhì)量所产生的引(yǐn)力是无(wú)法(fǎ)将它们束缚在(zài)星系团内的，它们(men)早就应该被抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于(yú)某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部(bù)分不可(kě)见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质(zhì)量。只是当(dāng)时的(de)人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福(fú)特(tè)在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中心越(yuè)远的恒(héng)星在其(qí)轨道上(shàng)的运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他们观测(cè)的(de)结果却让(ràng)人感到(dào)不可(kě)思议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的(de)增加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持(chí)不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在(zài)星系(xì)当中如果没有足够大(dà)的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了(le)。基(jī)于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们(men)会使用一种相对标(biāo)准(zhǔn)的方法来解(jiě)释暗(àn)物质的存在，这(zhè)种方法就(jiù)是测量星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气(qì)体的(de)旋(xuán)转速度。如(rú)果(guǒ)出现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜(jìng)测量了距离(lí)星系中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河(hé)系的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离(lí)银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据(jù)万(wàn)有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的(de)运行速度应(yīng)该(gāi)是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论速度，那么产生以上这(zhè)种(zhǒng)向心加(jiā)速度的原因(yīn)很可能就是(shì)存(cún)在着一(yī)种我们看不(bù)到的物(wù)质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的引(yǐn)力效应将(jiāng)星系聚(jù)集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多(duō)的研究人员开始相信暗物(wù)质的存(cún)在。科学(xué)家(jiā)根(gēn)据星系(xì)外恒(héng)星轨道的(de)速度(dù)，估算在星系当中暗(àn)物质的质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是唯(wéi)一可(kě)以解释这(zhè)个(gè)现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速(sù)度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了(le)一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和(hé)银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数(shù)量却(què)只有银河系的千分之一(yī)。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则就(jiù)会(huì)分崩离析。但是(shì)科学家(jiā)们使用最先进(jìn)的望远镜对其(qí)进行了40个小时(shí)的(de)详(xiáng)细(xì)测量(liàng)之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒星(xīng)运动是可(kě)以用正(zhèng)常的(de)物质和力学定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系(xì)剥离了。奇怪(guài)的是，它(tā)的附近没有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质(zhì)的(de)假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的(de)理解还(hái)不够全面(miàn)，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是(shì)不同(tóng)的，这意味着(zhe)在(zài)行星系尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道(dào)，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不(bù)同的(de)方(fāng)式。对(duì)于在(zài)星系团之(zhī)间的相互作用，科学(xué)家还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的(de)质量之间(jiān)会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发(fā)现也让(ràng)很多人(rén)认(rèn)为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗(àn)物(wù)质存在的其他(tā)的(de)理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类(lèi)似(shì)这样的星团，它们(men)大部分(fēn)的普通质量都在星系的气(qì)体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气(qì)体的(de)相互作用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系(xì)团大(dà)部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体所在的(de)中间区域。那么我们通过什么来验证它的质(zhì)量区(qū)域到底是不是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当中第(dì)一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以(yǐ)明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身并不是真的(de)被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是(shì)韦(wéi)伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的(de)观(guān)测者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会使身(shēn)后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质量的(de)黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对(duì)子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它(tā)的(de)大质量(liàng)区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方(fāng)法(fǎ)就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的(de)引力透镜研(yán)究也被认(rèn)为是(shì)暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的迄(qì)今为止(zhǐ)最好的(de)理论(lùn)证(zhèng)据。

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除此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年(nián)之后，可见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了(le)。经过(guò)了(le)130多(duō)亿年(nián)之(zhī)后，这(zhè)些光在宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表示相(xiāng)对较冷的(de)区域(yù)，但实际上它们之间(jiān)的(de)温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后的(de)二值(zhí)图像(xiàng)进(jìn)行连通域提取(qǔ)和标记(jì)之后发现(xiàn)，如(rú)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(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通物(wù)质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例(lì)是(shì)一(yī)致的(de)。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论(lùn)框架，就很(hěn)好地解(jiě)释了(le)很多不同的观测结(jié)果(guǒ)。而(ér)暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通(tōng)过引力(lì)来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到(dàn是正极还是负极，L是正极还是负极o)底是什么？科学家们已经(jīng)提出了(le)数十种的假想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目标(biāo)粒子所需要(yào)的实验方式也不相同。在(zài)过去(qù)的几十(shí)年当中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个(gè)地方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上(shàng)最大的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物(wù)质(zhì)粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科(kē)学家声称观测到了某(mǒu)种信号(hào)。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测率会在每(měi)年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当(dāng)中每(měi)年都(dōu)是一样(yàng)。一些科学(xué)家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是为什么(me)暗(àn)物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着我(wǒ)们也在(zài)以这(zhè)样的速度在穿(chuān)越着暗物(wù)质流(liú)，这个(gè)过程中会(huì)产(chǎn)生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的(de)时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的(de)方(fāng)向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候(hòu)，地球与太阳的方向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一(yī)致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的(de)情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系的平面呈现了(le)60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学(xué)家(jiā)认(rèn)为(wèi)这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到的周期性信(xìn)号。当(dāng)然也可(kě)能有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大(dà)利游(yóu)客的数量也符合(hé)这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球(qiú)建立了一个几乎(hū)相同(tóng)的实验室，这里的季(jì)节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第(dì)一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物(wù)质所存在的非常(cháng)有(yǒu)力的(de)证据(jù)了。但是由于n是正极还是负极，L是正极还是负极这个实验室(shì)刚刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还无法提供(gōng)相应(yīng)的数据(jù)支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主镜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哈勃(bó)红外仪(yí)器(qì)的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关(guān)键的用途就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背后的奥秘(mì)，对于(yú)探测的结果，我们(men)只能拭目以待了。费米实(shí)验室(shì)粒子天(tiān)体(tǐ)物理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它(tā)们极有(yǒu)可能(néng)拥有另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会(huì)支(zhī)持(chí)宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞(dàn)生(shēng)，或者说(shuō)是生(shēng)命(mìng)进(jìn)化的一个重要因素(sù)。

如(rú)果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物(wù)质(zhì)会不会意味着人类(lèi)并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推(tuī)论的大前(qián)提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们(men)觉(jué)得暗物(wù)质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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