宇宙是“人为制造(zào)”的(de)？为何会(huì)存(cún)在科(kē)学无法(fǎ)解释的“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又究竟是什么(me)？人(rén)类为了寻找暗物(wù)质存(cún)在的证据，科(kē)学家们(men)在(zài)过去的(de)几十年当中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却(què)没有发现任何的有效证据。除(chú)了一个(gè)地方(fāng)，在(zài)1687年(nián)出(chū)版的(de)自然哲学数(shù)学原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的(de)规律。往(wǎng)后的(de)几百(bǎi)年来，当天文学家们(men)发现某些(xiē)天体(tǐ)运(yùn)行轨道出(chū)现异(yì)常，不符(fú)合万有引力定律的时(shí)候，他们就会(huì)知道，周(zhōu)围一定有未知(zhī)的天体通过引力在(zài)摄动(dòng)它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过(guò)天(tiān)王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用(yòng)万有引力定律所取得重(zhòng)大天文(wén)成(chéng)就的例子。但是这些(xiē)发现都(dōu)是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者是(shì)星团的尺(chǐ)度，事(shì)情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基(jī)正在研(yán)究(jiū)和测量后(hòu)发星系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个(gè)由数千个星(xīng)系所组(zǔ)成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测(cè)量(liàng)星系(xì)团的质量一(yī)般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以(yǐ)确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一(yī)种是获得其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需(xū)要的数(shù)据是测量(liàng)各(gè)个星系的(de)光度。

第(dì)二种是动力(lì)学(xué)质(zhì)量的计算(suàn)，是利用(yòng)光(guāng)谱红移(yí)测量星系团(tuán)中(zhōng)的各个(gè)星系相对于(yú)星(xīng)系团(tuán)的运动(dòng)速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然是“光(guāng)度(dù)学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星系(xì)团有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或(huò)者说这99%的(de)质(zhì)量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们(men)无法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星系(xì)团中很多(duō)星(xīng)系的速(sù)度比理论(lùn)上要(yào)快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所产生的(de)引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量(liàng)在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提出了(le)这样(yàng)部分不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸(xī)光(guāng)、反射(shè)光，但(dàn)是它们(men)却(què)占(zhàn)据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的人(rén)们对这(zhè)样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不(bù)屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这个词(cí)才(cái)再一(yī)次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系中(zhōng)的(de)恒星(xīng)运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上的(de)运(yùn)行速(sù)度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离(lí)的增加，恒星的(de)旋转速度几乎(hū)保持不(bù)变。可是根(gēn)据(jù)牛顿的(de)万有引力(lì)定律，在星系(xì)当(dāng)中如果(guǒ)没(méi)有(yǒu)足够大(dà)的质量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于(yú)这(zhè)种现象(xiàng)，科(kē)学家们(men)会(huì)使用一种相对标准的方法来(lái)解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测(cè)量(liàng)星(xīng)系当中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离(lí)星系中心的(de)距离，以及在(zài)Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们(men)通过射电望(wàng)远镜测量了(le)距离星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们(men)的太(tài)阳系也不例外，太阳(yáng)系位(wèi)于(yú)银河系的第(dì)三悬臂之上，距离(lí)银(yín)河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律(lǜ)进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论(lùn)速度，那么(me)产生(shēng)以上这种向心加速度的原因很可能(néng)就(jiù)是存(cún)在着一种(zhǒng)我们(men)看不到的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存(cún)在。科学家根据(jù)星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星(xīng)系当(dāng)中暗物质的(de)质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一(yī)可(kě)以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会(huì)出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文学家(jiā)还发(fā)现了一(yī)个反常(cháng)的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但(dàn)是(shì)星系当中存在(zài)的恒星数量却只有银(yín)河系(xì)的(de)千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上(shàng)，该星系(xì)必须(xū)存在暗(àn)物质，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离析。但是科学(xué)家们使(shǐ)用最先进(jìn)的望远镜对其进(jìn)行了40个小时(shí)的详细(xì)测量之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒(héng)星运动是可以用正常(cháng)的物质和力学定(dìng)律(lǜ)来解释的(de)。那么(me)又(yòu)有人提出，也(yě)许(xǔ)该星系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的(de)是，它的附(fù)近没有任何星(xīng)系存(cún)在。造成这些现象的(de)除(chú)了暗物(wù)质的假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作方(fāng)式是不同的，这意味(wèi)着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体会沿着(zhe)它们(men)的轨道，按照我们(men)所理(lǐ)解(jiě)的(de)方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是(shì)不同(tóng)的方式。对于(yú)在星(xīng)系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了外部场效应(yīng)的(de)概念，指的(dshe always后面加动词原形吗，always后面加动词什么形态e)是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要对现(xiàn)在的物(wù)理(lǐ)定(dìng)律进行修正，这些发现也(yě)让很多人(rén)认(rèn)为暗物质假说理论(lùn)就此终结。但(dshe always后面加动词原形吗，always后面加动词什么形态àn)是在(zài)宇宙(zhòu)当中还有关(guān)于暗物质存(cún)在的其他的(de)理(lǐ)论证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没法(fǎ)解释的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年(nián)的(de)子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似(shì)这(zhè)样的星团，它(tā)们大部分的普通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际(jì)气(qì)体的相互(hù)作用就会导致温度(dù)的急剧(jù)升高，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分(fēn)的质(zhì)量将(jiāng)位于所有(yǒu)这(zhè)些气体(tǐ)所在(zài)的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域(yù)到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空(kōng)望远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在(zài)照片(piàn)中我们可以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大(dà)的(de)形变。其实这(zhè)些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了(le)什么问(wèn)题，而(ér)是(shì)这样极遥远的天体和我们地球上的(de)观测(cè)者之间。被一个质量超级(jí)巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质量的东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当人(rén)们对子(zi)弹星系(xì)团(tuán)观(guān)测的时候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过(guò)了这个区域(yù)，并在两边形成了(le)引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究(jiū)也被(bèi)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(cǐ)之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的(de)微(wēi)波辐射。其中红色的(de)部分表示温度较(jiào)高的区(qū)域，蓝色则(zé)表示相对(duì)较冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家们通过(guò)对前景背(bèi)景分离后(hòu)的(de)二值图像进行连(lián)通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物(wù)质，图形(xíng)看起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐(fú)射(shè)的(de)测量(liàng)值，我们需要的暗物(wù)质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星(xīng)系当中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是一(yī)致的(de)。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地(dì)解释了很多不同(tóng)的观(guān)测结果。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着(zhe)某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其他(tā)的(de)电磁作(zuò)用，只通过引力来(lái)相互作用。所(suǒ)以如(rú)果(guǒ)能够找(zhǎo)到(dào)这(zhè)种粒(lì)子的存(cún)在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们(men)已经提出(chū)了数(shù)十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所(suǒ)需要(yào)的(de)实验方(fāng)式也(yě)不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进(jìn)行了超(chāo)过50次的实验，却(què)没(méi)有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上最(zuì)大的地学实验(yàn)室，这个(gè)实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们(men)发(fā)现了(le)一(yī)个有趣的事情。探(tàn)测(cè)率会在每年(nián)的6月份达到(dào)峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而(ér)且在20年当中每(měi)年都是一样。一些科学家认为这可(kě)能是(shì)人类发现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速(sù)度(dù)围(wéi)绕(rào)着银(yín)河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意(yì)味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这(zhè)个过程中会产生相应(yīng)的(de)振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系(xì)的(de)方向(xiàng)是(shì)一致的，而另(lìng)外(wài)半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球(qiú)与太(tài)阳的方向正好达到(dào)完(wán)全一(yī)致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗物质流最(zuì)快的(de)时(shí)段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河(hé)系的(de)平面(miàn)呈(chéng)现了60度(dù)的(de)倾斜(xié)，但是这并不(bù)影(yǐng)响这(zhè)个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认为这(zhè)可以用来解释(shì)，研究人(rén)员们(men)所观(guān)测到的周期(qī)性信号(hào)。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信(xìn)号(hào)的差(chà)异也可(kě)能(néng)是温度、湿(shī)度(dù)、土壤中的(de)水分、高山(shān)上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的(de)数量(liàng)也符合这个(gè)周期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相(xiāng)同的实验(yàn)室，这里的季(jì)节与之(zhī)前的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一(yī)个实验(yàn)室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可(kě)以(yǐ)得(dé)到相同的信号，就可(kě)以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的(de)证据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还(hái)无法提供相应的(de)数(shù)据(jù)支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大(dà)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(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其(qí)中(zhōng)一个关键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天体物(wù)理中心的科学(xué)家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研(yán)究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥(yōng)有(yǒu)另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的诞生(shēng)，或者说是生命进(jìn)化的(de)一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到(dào)进一步(bù)的证实(shí)，那么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会不会意味着人类并(bìng)不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支(zhī)持(chí)是我更新(xīn)的动(dòng)力！

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