宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会(huì)存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么？人类为(wèi)了(le)寻找暗(àn)物质(zhì)存在的证据，科学家们在过(guò)去的几十(shí)年当中进行了超过50次的(de)长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据。除了一(yī)个(gè)地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力(lì)定律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运many的比较级和最高级怎么写，much的比较级和最高级动(dòng)的规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来(lái)，当天文学家们发现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定律的时候，他(tā)们(men)就会知(zhī)道(dào)，周围一(yī)定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过(guò)天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥(míng)王星(xīng)的发(fā)现都是应用万有引力(lì)定(dìng)律所取得重大天文成就的(de)例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升(shēng)到星系或(huò)者(zhě)是星团的尺度，事(shì)情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究(jiū)和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力(lì)束缚在一起。测量(liàng)星系(xì)团的质量一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方法结果一致(zhì)，就(jiù)可(kě)以确(què)定(dìng)其质(zhì)量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各(gè)个(gè)星系的(de)光度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各(gè)个星系相对(duì)于(yú)星系团的(de)运动速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并(bìng)不(bù)以(yǐ)可见光(guāng)的(de)形式所存在，我(wǒ)们(men)无法看到。最(zuì)诡异(yì)的(de)是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多(duō)星(xīng)系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星系的质(zhì)量(liàng)所产生的(de)引力(lì)是无法将它们束缚在星系团内的，它(tā)们早就应(yīng)该被(bèi)抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力(lì)量来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提(tí)出了这(zhè)样部分(fēn)不(bù)可见的(de)暗质，它不发(fā)散(sàn)光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们(men)却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部分的(de)质(zhì)量。只是当时(shí)的人们对(duì)这(zhè)样的(de)一种说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在(zài)观测仙女座(zuò)星系(xì)中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来(lái)说(shuō)，距离中(zhōng)心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但是(shì)他们观(guān)测的结(jié)果却让人感到不可(kě)思议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离的增加，恒星的(de)旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万(wàn)有(yǒu)引力定律，在星系(xì)当中如果没有足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学(xué)家们会使用一种相对(duì)标准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测(cè)量星系当(dāng)中气体在X轴上(shàng)距(jù)离星(xīng)系中(zhōng)心的距离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速(sù)度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学(xué)家(jiā)们通过(guò)射电望远镜测(cè)量了距离星系中(zhōng)心(xīn)更远距(jù)离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并(bìng)不符合(hé)牛(niú)顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三(sān)悬臂之(zhī)上，距离(lí)银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有(yǒu)引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运(yùn)行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕银河(hé)系(xì)旋转(zhuǎn)，这(zhè)个(gè)实际速度远远(yuǎn)大(dà)于理论速度，那(nà)么产(chǎn)生以上(shàng)这种向心加(jiā)速度的原因很(hěn)可(kě)能(néng)就是存在着一种我们看不(bù)到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应(yīng)将星(xīng)系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家(jiā)根据(jù)星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估(gū)算在星系(xì)当中暗(àn)物质的质(zhì)量(liàng)占整个星(xīng)系(xì)质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也(yě)会出(chū)现速度上(shàng)的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一(yī)个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系(xì)当中存(cún)在的恒星(xīng)数量却只有银河系的千(qiān)分之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的(de)详细测量之后，发现星系(xì)中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质(zhì)和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个(gè)大星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它的附(fù)近没(méi)有(yǒu)任何星系存在(zài)。造成这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能就是(shì)人类对引力的理解还不(bù)够全(quán)面(miàn)，引力很(hěn)可(kě)能在(zài)不同尺(chǐ)度(dù)空间(jiān)中的工(gōng)作方(fāng)式是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度(dù)中的(de)天体会沿着(zhe)它(tā)们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上升到星(xīng)系(xì)和星团的尺度，引力(lì)之间的(de)相互作用则是不同的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互(hù)作用(yòng)，科学家还引入了(le)外部(bù)场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味(wèi)着我们(men)需(xū)要(yào)对现在(zài)的(de)物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多(duō)人认为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于(yú)暗物质存在(zài)的(de)其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光(guāng)年的子(zi)弹星系团，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系团(tuán)所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际气(qì)体(tǐ)的相互作用就(jiù)会导致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团(tuán)大部分(fēn)的(de)质(zhì)量将位于所(suǒ)有这些气体所在(zài)的中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们通(tōng)过什么来验证它的质量区域(yù)到底是(shì)不(bù)是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张(zhāng)全彩的(de)高清照片，在照片中我们可(kě)以明显地看到很(hěn)多星系(xì)似乎被(bèi)拉(lā)伸产生了巨(jù)大的形变。其(qí)实这些星系本身(shēn)并(bìng)不(bù)是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也(yě)不(bù)是(shì)韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是(shì)这(zhè)样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的观测者之(zhī)间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的(de)东(dōng)西(xī)的(de)引力，会(huì)使身(shēn)后更(gèng)遥(yáo)远星系的光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这个(gè)现象就是引(yǐn)力透镜(jìng)效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天体可(kě)能是(shì)超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对子(zi)弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量区域并不是(shì)在中间，而是(shì)在(zài)两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解释方(fāng)法就是(shì)当星团发(fā)生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到(dào)的质量气体被(bèi)卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域(yù)，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透(tòu)镜研(yán)究(jiū)也(yě)被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景(jǐng)上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较冷的区(qū)域，但实际上它们(men)之间的温(wēn)差只有万分之一(yī)。

科学(xué)家们(men)通过(guò)对前(qián)景背景分离后的二值图(tú)像进行连通(tōng)域提取和(hé)标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来不(bù)应该(gāi)是这样的，而随着暗物质(zhì)的(de)增加(jiā)，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度(dù)会(huì)减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们需要的(de)暗(àn)物质大约是普通(tōng)物质的(de)5倍。这个(gè)数(shù)字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗(àn)物质比例是一致的(de)。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了(le)一个简单的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好(hǎo)地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存(cún)在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子(zi)的存在，就相(xiāng)当(dāng)于找到了(le)暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什(shén)么？科学(xué)家们已经(jīng)提(tí)出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需要的实验方式也(yě)不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不(bù)到(dào)，几乎不(bù)会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已(yǐ)经进行了(le)超过(guò)50次的实(shí)验，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米(mǐ)处(chù)的(de)地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学(xué)实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到了(le)某种(zhǒng)信(xìn)号。经过(guò)了20多年(nián)的数据收(shōu)集(jí)，人们发(fā)现了一(yī)个有趣的(de)事情(qíng)。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年(nián)都是(shì)一样(yàng)。一些科(kē)学家认为这(zhè)可能是人类发现(xiàn)暗物质的(de)第一个直(zhí)接证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移(yí)动(dòng)，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意(yì)味着(zhe)我们也在以这(zhè)样的速(sù)度在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳(yáng)进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达到(dào)完(wán)全一致(zhì)，这是(shì)理(lǐ)论上地(dì)球穿越暗物质流最快的(de)时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研(yán)究人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周(zhōu)期(qī)信号的(de)差(chà)异也可能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客(kè)的数量(liàng)也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建(jiàn)立了一(yī)个几乎相同的实(shí)验室，这里的季节与之(zhī)前(qián)的实验室正(zhèng)好相反，而在(zài)这里，地球穿过(guò)暗物质流的(de)运动(dòng)特(tè)征和第(dì)一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的(de)非常有力的证据了(le)。但是由于这个(gè)实验室刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截至(zhì)目(mù)前还(hái)无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台(tái)太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)太(tài)空(kōng)望远镜(jìng)其中(zhōng)一个关键(jiàn)的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的(de)奥秘(mì)，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒(lì)子天体物理中心的(de)科(kē)学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可(kě)能(néng)拥(yōng)有(yǒu)另一(yī)种(zhǒng)神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生(shēng)，或(huò)者说是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一(yī)步的证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的(de)暗(àn)物(wù)质会(huì)不会意味着(zhe)人(rén)类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行(xíng)星上(shàng)，暗物质(zhì)正在(zài)通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是(shì)要(yào)先找到暗(àn)物质存(cún)在的实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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