宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物(wù)质存在(zài)的证据，科(kē)学(xué)家们在过(guò)去(qù)的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效证据(jù)。除了(le)一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲(zhé)学(xué)数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发(fā)表了万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示了(le)宇宙中天体运动的规(guī)律(lǜ)。往后的几百年来，当(dāng)天文(wén)学家们发(fā)现某些(xiē)天(tiān)体运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道出现(xiàn)异(yì)常，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时候(hòu)，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过(guò)引(yǐn)力在(zài)摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过(guò)天王星运行轨道的异(yì)常，推算并(bìng)且发现了海王星的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律所(suǒ)取得重大(dà)天文成就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可(kě)当我(wǒ)们上升(shēng)到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研(yán)究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(de)巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被引力(lì)束(shù)缚在一起。测(cè)量星系(xì)团的质量(liàng)一(yī)般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是(shì)获(huò)得其"光度(dù)学(xué)的质(zhì)量(liàng)"，需要的数(shù)据是(shì)测(cè)量(liàng)各(gè)个星系(xì)的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移(yí)测量星(xīng)系团(tuán)中(zhōng)的(de)各个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了(le)，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的(de)质(zhì)量并不以可见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的(de)是，在测量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系(xì)团中很(hěn)多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按(àn)照牛(niú)顿的(de)运(yùn)动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可(kě)见星系的质量所产生的引(yǐn)力是无法将它们(men)束(shù)缚(fù)在星(xīng)系(xì)团(tuán)内的，它(tā)们早就应该被抛出星(xīng)系(xì)团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来(lái)源于某(mǒu)种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了(le)这样部分(fēn)不(bù)可见的(de)暗(àn)质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却占(zhàn)据着(zhe)宇(yǔ)宙中(zhōng)绝(jué)大部(bù)分的质量。只是当时(shí)的人们对(duì)这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才(cái)再一(yī)次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙(xiān)女座星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中(zhōng)心(xīn)越远的恒星在其轨道上(shàng)的(de)运行速度(dù)就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却(què)让人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围(wéi)的(de)恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物(wù)质的存在(zài)，这种方法(fǎ)就是(shì)测量星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的(de)旋转速度。如(rú)果(guǒ)出(chū)现异常的结果(guǒ)，就(jiù)认为是(shì)由暗(àn)物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并(bìng)不符(fú)合(hé)牛(niú)顿的力学(xué)定律。我们的(de)太阳系(xì)也不例外，太阳系(xì)位于银河系(xì)的(de)第三悬臂之上，距(jù)离银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律进行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论速度(dù)，那么产生以(yǐ)上这种向心加速(sù)度的原因很(hěn)可能就是存在(zài)着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越(yuè)来越多的研(yán)究(jiū)人员开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星(xīng)系外恒星轨道(dào)的速度，估算在(zài)星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不(bù)是(shì)唯一可以解释这个(gè)现象(xiàng)的原(yuán)因(yīn)。在一(yī)项新(xīn)的研(yán)究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的(de)遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银河系不多，但是星(xīng)系当中存(cún)在(zài)的恒星数量却只有银河系(xì)的千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就(jiù)会分(fēn)崩离析(xī)。但是科学(xué)家们使用最先进的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系(xì)中(zhōng)的恒星运动(dòng)是可以用正(zhèng)常的(de)物质和力(lì)学定律(lǜ)来解释(shì)的。那么(me)又有人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另(lìng)一(yī)个大星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任(rèn)何星系存(cún)在。造成这些(xiē)现(xiàn)象的(de)除了暗物质的假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可(kě)能就是(shì)人类(lèi)对引(yǐn)力的理解(jiě)还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间(jiān)中的工作方式是不同(tóng)的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会(huì)沿(yán)着它(tā)们的(de)轨道，按(àn)照我们所(suǒ)理解的方(fāng)式(shì)运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在(zài)星系团(tuán)之(zhī)间的相互作用，科学(xué)家还(hái)引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的(de)是在数(shù)百(bǎi)万(wàn)光年的(de)规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需(xū)要对现在的物理定(dìng)律进行(xíng)修正，这(zhè)些发(fā)现也让很多人(rén)认为暗(àn)物质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关(guān)于暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系(xì)团，由两个(gè)碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组(zǔ)成，类似(shì)这样的(de)星团，它们大(dà)部分(fēn)的(de)普通质量都在星系的气体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的(de)相互作用(yòng)就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后(hòu)，子born过去式和过去分词是什么，bear的过去式过去分词弹星系团大部分的质量将位于所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它(tā)的质量区(qū)域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇(yǔ)宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可(kě)以(yǐ)明(míng)显地看(kàn)到很多星(xīng)系(xì)似乎(hū)被拉伸(shēn)产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变。其(qí)实这些星(xīng)系(xì)本身(shēn)并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什么问题(tí)，而是这(zhè)样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们(men)地球(qiú)上(shàng)的观测者(zhě)之间。被一个质(zhì)量超(chāo)级(jí)巨大的(de)天体遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的(de)东(dōng)西的(de)引力，会使身后更遥远星系(xì)的(de)光都发生了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这(zhè)个(gè)巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星(xīng)系(xì)团观测的时候，发现它的(de)大(dà)质量区域并不(bù)是(shì)在中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以最好的解(jiě)释方法就(jiù)是当(dāng)星团(tuán)发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到(dào)的(de)质量(liàng)气(qì)体被(bèi)卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直接通(tōng)过了这个区(qū)域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物(wù)质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上(shàng)留下了各(gè)相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域(yù)，但(dàn)实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科(kē)学家(jiā)们通过对前景背景分离后的(de)二值图像(xiàng)进行连(lián)通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物(wù)质，图(tú)形看起来不应该(gāi)是这(zhè)样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐(fú)射的测(cè)量值，我(wǒ)们需(xū)要的(de)暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星(xīng)系当(dāng)中恒星运动所需(xū)要的暗物质比例是(shì)一致的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架(jià)，就很好地解释(shì)了很多(duō)不同的(de)观测结果。而暗物质(zhì)的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型的(de)粒子(zi)，它们不(bùborn过去式和过去分词是什么，bear的过去式过去分词)参与任何(hé)其他的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力来(lái)相(xiāng)互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找到(dào)这(zhè)种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒(lì)子(zi)到(dào)底是什么(me)？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不同的(de)目标粒子所(suǒ)需要的实(shí)验(yàn)方式也(yě)不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为了(le)寻找这些看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的(de)实验，却没有任何(hé)实质性的发现，除了(le)一个(gè)地(dì)方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地(dì)下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大(dà)的地学(xué)实(shí)验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测(cè)器，一直(zhí)致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒子的(de)周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科学家(jiā)声(shēng)称(chēng)观测(cè)到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一(yī)个有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然(rán)后在11月降到最低(dī)，而且在20年(nián)当中每年都是(shì)一样。一些科学家认为这可能是人(rén)类发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么暗物质会(huì)产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移(yí)动(dòng)，那么(me)如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味(wèi)着我(wǒ)们也在(zài)以这样(yàng)的速度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会(huì)产生相应的振(zhèn)荡，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方向与太阳环(huán)绕(rào)银河系的方向是(shì)一(yī)致(zhì)的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而(ér)在(zài)6月份(fèn)的时候，地球与太(tài)阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到(dào)完全(quán)一致，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这(zhè)可以用来解(jiě)释，研究人员们所观(guān)测到的周期(qī)性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造成这种年度周期信号的差(chà)异也(yě)可能是(shì)温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大(dà)利游客的数(shù)量也(yě)符(fú)合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在南半球建立了一个几乎(hū)相同(tóng)的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在(zài)这(zhè)里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流的运(yùn)动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的(de)信号，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是由(yóu)于(yú)这(zhè)个实(shí)验室刚(gāng)刚建(jiàn)成(chéng)不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至(zhì)目(mù)前(qián)还无法提供相应的数据(jù)支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背(bèi)后的(de)奥(ào)秘，对于(yú)探测的结(jié)果，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米实(shí)验室粒(lì)子(zi)天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研(yán)究(jiū)发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另(lìng)一(yī)种神(shén)秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命的(de)诞(dàn)生(shēng)，或者说是生命进化(huà)的一个重要(yào)因素。

如果(guǒ)这一(yī)理论得到进(jìn)一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物质会不会(huì)意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在(zài)通过(guò)这样的效(xiào)应创造生(shēng)命。当然，这些推论的(de)大前提是要先找到(dào)暗物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支(zhī)持(chí)是我更(gèng)新的动力！

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