宇宙(zhòu)是“人(rén)为(wèi)制造”的？为(wèi)何会(huì)存在科学无法解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在的(de)证据(jù)，科学家(jiā)们在(zài)过去(qù)的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿发表了(le)万(wàn)有引力定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运(yùn)动的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来(lái)，当天(tiān)文学家们(men)发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨道出现异常，不符合(hé)万有引力定律的(de)时候，他们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知(zhī)的天体通过引力(lì)在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通过天王星(xīng)运行(xíng)轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海王(wáng)星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是(shì)应(yīng)用万有引力定律所(suǒ)取(qǔ)得重大天文成就的(de)例子。但是这些发现都(dōu)是在(zài)恒(héng)星系(xì)统的尺度当中，可当我们(men)上(shàng)升到星(xīng)系或者(zhě)是(shì)星团的尺度(dù)，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基(jī)正在(zài)研究和测量(liàng)后发星系团的(de)质量(liàng)。这(zhè)是(shì)一个由数(shù)千(qiān)个(gè)星(xīng)系所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引(yǐn)力束(shù)缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量(liàng)一(yī)般(bān)会使用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果(guǒ)一致(zhì)，就(jiù)可(kě)以确定其(qí)质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度(dù)学(xué)的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的(de)计算，是利(lì)用(yòng)光谱红移测量星系(xì)团中的各(gè)个星系相对于星系团的运动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基(jī)彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星(xīng)系团有99%的(de)质量(liàng)消失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见(jiàn)光的形(xíng)式(shì)所存在(zài)，我们(men)无(wú)法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现星系(xì)团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快(kuài)得(dé)多(duō)，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星(xīng)系的质量(liàng)所(suǒ)产生的引力(lì)是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的(de)，它们(men)早就(jiù)应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的(de)力量(liàng)在起作用，这种力量(liàng)来(lái)源于某(mǒu)种隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗质，它不(bù)发(fā)散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却(què)占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对(duì)这样的(de)一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这个词才再一(yī)次出(chū)现(xiàn)。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒(héng)星运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但(dàn)是他们观(guān)测的结果却让人(rén)感到不可思(sī)议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足(zú)够大的(de)质量来(lái)吸引它(tā)们(men)，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于这种现象，科学(xué)家们会使用一(yī)种相对标准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测量(liàng)星(xīng)系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离(lí)星系中心(xīn)的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异(yì)常的结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质(zhì)的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于(yú)是科(kē)学家们(men)通过射电望(wàng)远镜(jìng)测量了距(jù)离星系中心更(gèng)远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合(hé)牛(niú)顿的(de)力学定律。我们的太阳系(xì)也(yě)不例外(wài)，太阳系位(wèi)于银河系的(de)第(dì)三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系(xì)旋转，这个(gè)实际速(sù)度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向心加速度的(de)原因很可能就是(shì)存在着一种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的(de)引力效应将星(xīng)系聚集在(zài)了(le)一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来(lái)越多(duō)的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据(jù)星系外恒星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗(àn)物质(zhì)的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不(bù)是唯一可以解(jiě)释(shì)这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会(huì)出现速(sù)度上的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文学家还(hái)发现(xiàn)了一(yī)个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银(y上海市中心是哪个区最繁华，上海市中心是哪个区？ín)河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学(xué)家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用(yòng)正常的物质和力学定律(lǜ)来(lái)解释(shì)的。那么又有(yǒu)人提(tí)出(chū)，也许该星系的暗(àn)物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另一个(gè)大(dà)星系剥离(lí)了(le)。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象的除了(le)暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就(jiù)是人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同的，这意(yì)味着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解(jiě)的方式运(yùn)动(dòng)。但(dàn)是上升到(dào)星系和星团的尺(chǐ)度(dù)，引力(lì)之间的相互作用(yòng)则(zé)是不同的方式。对于在星(xīng)系团之间的相互作用，科(kē)学家(jiā)还(hái)引入了(le)外部场(chǎng)效应的(de)概念，指的是在(zài)数百万(wàn)光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这(zhè)意味着(zhe)我(wǒ)们(men)需(xū)要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质假说理论就此终(zhōng)结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理(lǐ)论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光年的子(zi)弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星团，它(tā)们大(dà)部分(fēn)的普通质量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气体的相互(hù)作(zuò)用(yòng)就会导致(zhì)温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低(dī)。所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质(zhì)量(liàng)将位于所(suǒ)有这些气(qì)体(tǐ)所在的中间区(qū)域。那(nà)么我(wǒ)们通(tōng)过什么(me)来验证它的质量区域到底是(shì)不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到(dào)很(hěn)多星系似(shì)乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是这(zhè)样(yàng)极遥远的(de)天(tiān)体和我(wǒ)们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超(chāo)大质量的东(dōng)西的引力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星系的光(guāng)都发(fā)生(shēng)了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就是(shì)引力(lì)透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大(dà)的天体(tǐ)可能是(shì)超大质量(liàng)的黑洞或者是暗(àn)物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对(duì)子弹(dàn)星系团观测的时候，发现(xiàn)它(tā)的(de)大质量区(qū)域(yù)并(bìng)不是在中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所以最(zuì)好的(de)解释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气(qì)体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在(zài)两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团(tuán)的(de)引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最(zuì)好的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来(lái)自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留(liú)下了各(gè)相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部分(fēn)表示(shì)温度较高(gāo)的区域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域(yù)，但实(shí)际上它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值(zhí)图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有(yǒu)暗物(wù)质，图(tú)形(xíng)看(kàn)起来不应该(gāi)是这(zhè)样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们需要的(de)暗(àn)物质大约是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗(àn)物(wù)质(zhì)比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很(hěn)多不同的观测结(jié)果。而(ér)暗物质的本(běn)质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着(zhe)某种类型的(de)粒子，它(tā)们不(bù)参与任何其他(tā)的(de)电磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力(lì)来相互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒子(zi)的存在，就相当(dāng)于找到(dào)了暗物质存(cún)在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提出了(le)数十种的(de)假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这些(xi上海市中心是哪个区最繁华，上海市中心是哪个区？ē)不同的目(mù)标(biāo)粒子所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过(guò)去(qù)的几十(shí)年当(dāng)中，人类为(wèi)了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会(huì)与常规(guī)物质相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却没有任何(hé)实质性的(de)发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的(de)地下(xià)矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验(yàn)室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声(shēng)称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年的(de)数据收集，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的(de)6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年(nián)都是一样。一些(xiē)科(kē)学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物(wù)质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么(me)暗物质会产生(shēng)周期性的年度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么(me)如果暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着我们也在以(yǐ)这样(yàng)的速度(dù)在穿(chuān)越着暗物质流，这个过(guò)程中会产生(shēng)相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河(hé)系的(de)方向是(shì)一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的(de)时(shí)候(hòu)，地球与(yǔ)太阳(yáng)的(de)方向正好达(dá)到完(wán)全一致，这是理论(lùn)上地球穿(chuān)越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现了(le)60度(dù)的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的(de)有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为(wèi)这可以用来(lái)解(jiě)释，研究人员们所观测(cè)到(dào)的周(zhōu)期(qī)性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成(chéng)这(zhè)种年度周期(qī)信(xìn)号的差(chà)异也(yě)可(kě)能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连(lián)意上海市中心是哪个区最繁华，上海市中心是哪个区？大利游客的数量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而(ér)在(zài)这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个(gè)实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到(dào)相同的(de)信号，就可以成为暗物质所存在的(de)非(fēi)常有(yǒu)力的(de)证(zhèng)据了(le)。但是由于(yú)这个实(shí)验室刚(gāng)刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法(fǎ)提供相应的数(shù)据支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新(xīn)的望远镜，这台太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同(tóng)，但它的宽视场仪器(qì)提(tí)供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只(zhǐ)能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实(shí)验室粒子天体物理中心(xīn)的(de)科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研(yán)究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或(huò)者(zhě)说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不(bù)会意味(wèi)着(zhe)人(rén)类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物(wù)质正在通(tōng)过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我(wǒ)更新的动力！

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