宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何(hé)会存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究(jiū)竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家(jiā)们(men)在过去的几十年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任何的(de)有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万有引力(lì)定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规(guī)律。往(wǎng)后的(de)几(jǐ)百(bǎi)年来(lái)，当天文(wén)学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的(de)时候，他们就会知道，周围一(yī)定有未知的天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动(dòng)它(tā)的轨道。比(bǐ)如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王(wáng)星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王(wáng)星的发现都是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律所(suǒ)取得重大天文(wén)成就的例子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都是在恒星(xīng)系(xì)统的尺度当中，可(kě)当(dāng)我(wǒ)们上升(shēng)到星系(xì)或者是星团的尺度(dù)，事情(qíng)就(jiù)开(kāi)始变得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹(zī)威(wēi)基正在研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是(shì)一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系(xì)团的质量一般会使用到(dào)两种方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定(dìng)其质量的(de)范围。

第一(yī)种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要(yào)的(de)数(shù)据是测量各个星系(xì)的光(guāng)度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测(cè)量星系团中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来(lái)之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力(lì)学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光(guāng)的形式所(suǒ)存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是(shì)，在测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星(xīng)系的速度比理论上要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生(shēng)的引力(lì)是(shì)无法将(jiāng)它(tā)们束缚(fù)在星系(xì)团内的，它们早就应该被(bèi)抛(pāo)出星(xīng)系团(tuán)之外(wài)了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某(mǒu)种隐形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了(le)这(zhè)样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们(men)却占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部(bù)分的(de)质(zhì)量。只是当时的人们对(duì)这(zhè)样(yàng)的一(yī)种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再(zài)一(yī)次出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来(lái)说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行速(sù)度就会(huì)越慢。但(dàn)是他们(men)观测的结果却让人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在(zài)星系当(dāng)中(zhōng)如果(guǒ)没(méi)有足够(gòu)大(dà)的质量来(lái)吸引(yǐn)它们，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于(yú)这种现象，科学家(jiā)们会(huì)使用一种相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在(zài)，这种方(fāng)法就是测量星系当中气(qì)体在X轴上距离星系(xì)中心(xīn)的距离(lí)，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出(chū)现异常(cháng)的结果，就认为是(shì)由(yóu)暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是(shì)科(kē)学家(jiā)们(men)通过(guò)射(shè)电望远镜(jìng)测量(liàng)了距离星系中心更远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发(fā)现它们(men)的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河(hé)系的(de)第(dì)三悬臂(bì)之(zhī)上(shàng)，距离(lí)银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度(dù)应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速(sù)度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那么(me)产(chǎn)生以上这种向心加速度的原因很可(kě)能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚集在(zài)了(le)一起。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越来越多的(de)研究(jiū)人员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家(jiā)根据星系外恒星(xīng)轨道的速度(dù)，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星(xīng)系(xì)质(zhì)量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以(yǐ)解释(shì)这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出现速(sù)度上(shàng)的微(wēi)小差(chà)异。另外，天文学(xué)家(jiā)还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大(dà)约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星(xīng)数量却只有银河系(xì)的千(qiān)分之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物(wù)质，否则(zé)就会分崩离析。但是科(kē)学家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细(xì)测量之(zhī)后，发现星系(xì)中的恒(héng)星(xīng)运动是可(kě)以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被(bèi)附近的另一(yī)个大星系(xì)剥离(lí)了(le)。奇怪的(de)是(shì)，它的附(fù)近没有任何星(xīng)系存(cún)在。造成这些(xiē)现象的除(chú)了暗(àn)物质的(de)假说(shuō)之外，另(lìng)一种可能就是人(rén)类(lèi)对引(yǐn)力(lì)的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这(zhè)意(yì)味着(zhe)在行(xíng)星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星团的(de)尺度，引力之间的(de)相互作用(yòng)则是不(bù)同的方(fāng)式(shì)。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引(yǐn)入(rù)了(le)外(wài)部(bù)场效应的(de)概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数(shù)百(bǎi)万光年的规模上，巨大(dà)的质量之(zhī)间(jiān)会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味(wèi)着我们需(xū)要对现(xiàn)在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质假说理(lǐ)论就此终结(jié)。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的其(qí)他的(de)理论证据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光年(nián)的(de)子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似(shì)这样的星(xīng)团，它们大部(bù)分的普通(tōng)质(zhì)量都在(zài)星系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时(shí)候，星(xīng)际(jì)气体(tǐ)的相(xiāng)互作用(yòng)就会导致(zhì)温度的急剧(jù)升(shēng)高(gāo)，速(sù)度(dù)大幅(fú)降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区(qū)域(yù)。那么(m明星死了 现在是替身，哪个明星的替身死了e)我们通过(guò)什(shén)么来验证它的质量(liàng)区(qū)域(yù)到(dào)底是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回(huí)了宇(yǔ)宙当中第一张全彩(cǎi)的(de)高(gāo)清照片，在照(zhào)片中我们可(kě)以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并不是(shì)真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被一(yī)个(gè)质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个(gè)超大质量的(de)东西的引力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发(fā)生了扭(niǔ)曲(qū)。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物(wù)质。

所(suǒ)以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在(zài)中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以最(zuì)好的解(jiě)释方(fāng)法就(jiù)是(shì)当星(xīng)团(tuán)发生(shēng)全部的(de)碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测到的(de)质量(liàng)气(qì)体被卡在(zài)了中间(jiān)，暗物质则直接(jiē)通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研究(jiū)也(yě)被认为是暗物(wù)质存在的迄今(jīn)为止最好的(de)理论证据。

除此之外(wài)，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留(liú)下(xià)了各相同性的微波辐(fú)射。其中红(hóng)色的部分表(biǎo)示温度较高(gāo)的区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较冷的区域，但(dàn)实际上它(tā)们之(zhī)间的温差(chà)只有万分之(zhī)一(yī)。

科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)通过对前(qián)景背景分离(lí)后的(de)二值(zhí)图像(xiàng)进行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来(lái)不(bù)应该是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值(zhí)的(de)幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐射(shè)的测量(liàng)值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系(xì)当中(zhōng)恒星(xīng)运动所(suǒ)需要的暗物质比例(lì)是(shì)一致的。这就意(yì)味着。

用(yòng)了(le)一个简单(dān)的(de)理论(lùn)框架，就很好地(dì)解释了(le)很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子，它们不(bù)参与任何(hé)其他(tā)的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的(de)存在，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗物质存(cún)在(zài)的(de)实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已经提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻(xún)找这(zhè)些不同的(de)目标粒子所需要(yào)的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸(mō)不(bù)到(dào)，几乎不会与常规物(wù)质相互作(zuò)用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学(xué)家们已经进行了超(chāo)过50次(cì)的(de)实(shí)验，却没有任何实质(zhì)性的发(fā)现，除了一个地方，意大(dà)利的(de)格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大(dà)的地学实验室，这(zhè)个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声(shēng)称观(guān)测到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们(men)发现了一(yī)个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测(cè)率(lǜ)会在(zài)每年的6月份(fèn)达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年(nián)都是一样。一些科学(xué)家认为这(zhè)可能是(shì)人类(lèi)发现暗物质的第一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗物(wù)质会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围绕着银(yín)河(hé)系进行(xíng)移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着(zhe)我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生相应的(de)振(zhèn)荡(dàng)，同时地(dì)球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一(yī)致的(de)，而另外半年则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的(de)方向正(zhèng)好(hǎo)达到完(wán)全一致(zhì)，这(zhè)是理论上地(dì)球穿越暗(àn)物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达(dá)到(dào)了(le)最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个(gè)理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为(wèi)这可以用来解(jiě)释，研究人员们所(suǒ)观(guān)测到(dào)的周期性信号。当然也可能有其他的(de)情(qíng)况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游(yóu)客的数(shù)量也符(fú)合(hé)这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在(zài)南(nán)半(bàn)球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室(shì)，这里(lǐ)的(de)季(jì)节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质(zhì)流的运(yùn)动(dòng)特征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常有力的证据了。但是(shì)由于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还无法(fǎ)提供相应(yīng)的数据支(zhī)持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其(qí)中一(yī)个关键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于(yú)探(tàn)测(cè)的结果，我们(men)只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒(lì)子天体(tǐ)物理(lǐ)中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质(zhì)效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重要(yào)因素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行(xíng)星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在通过这样的(de)效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你们觉(jué)得暗物(wù)质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我更(gèng)新的(de)动力！

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