宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学(xué)无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了(le)超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是却没(méi)有发(fā)现(xiàn)任何的有效证据(jù)。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的(de)规(guī)律。往后的几(jǐ)百年来(lái)，当天文学(xué)家们发现某些(xiē)天体运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不(bù)符(fú)合万(wàn)有引力(lì)定律的时候，他们就会知(zhī)道(dào)，周围(wéi)一(yī)定有未知的天体通(tōng)过引力(lì)在(zài)摄动它(tā)的(de)轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的(de)异常，推算并(bìng)且发(fā)现了(le)海王星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星(xīng)的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天(tiān)文成就(jiù)的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们(men)上升希思黎什么档次的品牌，希思黎和雅诗兰黛哪个档次高(shēng)到(dào)星(xīng)系或者(zhě)是(shì)星团的尺度(dù)，事情就开始变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正在(zài)研究和测量(liàng)后发(fā)星系(xì)团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的(de)巨(jù)大星系团，这些(xiē)星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一(yī)般会使用到两种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是(shì)测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中的各个星系相对于星系团的运(yùn)动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不(bù)以(yǐ)可见(jiàn)光(guāng)的形式所存在，我们(men)无(wú)法看到。最诡异(yì)的(de)是，在测量速(sù)度的(de)过(guò)程中，兹威(wēi)基发现星系团中很(hěn)多星(xīng)系的速度比理(lǐ)论上要(yào)快得(dé)多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在(zài)星系团(tuán)内的，它们早就(jiù)应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之(zhī)外了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的(de)力(lì)量在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分(fēn)不(bù)可见的暗质，它不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的(de)质量。只是当时的人们对(duì)这样的一(yī)种(zhǒng)说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在(zài)观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来(lái)说，距离中心越(yuè)远的恒(héng)星在其轨道上(shàng)的运行速度(dù)就会越慢。但是(shì)他们观(guān)测的(de)结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的(de)万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律，在星系当(dāng)中如(rú)果没有(yǒu)足(zú)够(gòu)大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的(de)恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的(de)方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋(xuán)转速度(dù)。如果出(chū)现异常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其(qí)中。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜测量了(le)距离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离的(de)氢元素，发(fā)现它(tā)们的旋转速度(dù)并不(bù)符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于(yú)银(yín)河系的第三(sān)悬臂之上，距离银(yín)河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上希思黎什么档次的品牌，希思黎和雅诗兰黛哪个档次高，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系(xì)旋(xuán)转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存在着一(yī)种我们看不(bù)到的(de)物质，是(shì)这些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了一(yī)起。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算(suàn)在星(xīng)系当(dāng)中暗物(wù)质的质量占(zhàn)整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究当(dāng)中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却只有(yǒu)银(yín)河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该(gāi)星系(xì)必(bì)须存在(zài)暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家(jiā)们使用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星运动是(shì)可以用正常的物质和力(lì)学定律(lǜ)来解释的(de)。那么(me)又有人提(tí)出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近(jìn)的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何(hé)星(xīng)系存在(zài)。造成这些(xiē)现象的除了(le)暗物质的假说之(zhī)外(wài)，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人类对引力(lì)的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工作方式是不(bù)同(tóng)的，这(zhè)意味(wèi)着在行星系(xì)尺度中的天体会沿(yán)着(zhe)它们的(de)轨道(dào)，按照我们所理解的(de)方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互(hù)作用则是(shì)不同的方式(shì)。对于在星系团之间的相互(hù)作用(yòng)，科学(xué)家还引入(rù)了外部场效应的(de)概念，指的(de)是在数百万(wàn)光(guāng)年的规模上，巨大(dà)的质量(liàng)之间会(huì)产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论成立，这意味着我(wǒ)们需(xū)要对现在的(de)物(wù)理定律进行修正，这(zhè)些发(fā)现也(yě)让很多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于(yú)暗物质存在的(de)其他的理论证(zhèng)据(jù)，这(zhè)些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所(suǒ)没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离(lí)为37亿光(guāng)年(nián)的(de)子弹(dàn)星系团，由两个碰(pèng)撞的星系(xì)团所组成，类似(shì)这样的星(xīng)团(tuán)，它们大部分的普通质量(liàng)都在星(xīng)系的气体当中。当(dāng)星(xīng)团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰撞的(de)时候，星际(jì)气体的相互作用就会(huì)导致(zhì)温(wēn)度的(de)急剧(jù)升高，速度大(dà)幅(fú)降低。所以在理(lǐ)论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所在(zài)的中间区域。那么我们通(tōng)过(guò)什么来验(yàn)证它(tā)的(de)质量区域到底是不是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以明显地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和我们地(dì)球上的观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的(de)东西的(de)引力，会(huì)使身后更遥远星系(xì)的光都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可(kě)能是(shì)超大质量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们(men)对(duì)子弹星(xīng)系(xì)团观测的时候(hòu)，发现它的大质(zhì)量区域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的(de)解释方(fāng)法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗(àn)物质(zhì)则直接通过了这个(gè)区(qū)域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认(rèn)为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

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除(chú)此(cǐ)之外，还(hái)有(yǒu)来(lái)自宇宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中(zhōng)红色(sè)的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域(yù)，但实(shí)际上(shàng)它们(men)之间的温(wēn)差只有万分之一(yī)。

科学家们(men)通(tōng)过对前(qián)景(jǐng)背景(jǐng)分离后的(de)二值图(tú)像进行(xíng)连通域(yù)提(tí)取和标(biāo)记(jì)之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物(wù)质(zhì)大约是(shì)普通物质的5倍。这(zhè)个(gè)数(shù)字(zì)与解释星系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需(xū)要的暗物质比(bǐ)例是一(yī)致的。这就意味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很(hěn)多不同的观测结(jié)果。而暗物质的(de)本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与(yǔ)任(rèn)何其(qí)他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引力来(lái)相互作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当于(yú)找到(dào)了暗物质存在的(de)实(shí)际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么(me)？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的(de)假想目标(biāo)，而要寻找这些不同(tóng)的目(mù)标粒子所需要(yào)的实验方式也(yě)不相同。在过(guò)去的几十年当中(zhōng)，人(rén)类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎不会(huì)与常(cháng)规物(wù)质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们(men)已经进行了(le)超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除(chú)了(le)一(yī)个地(dì)方，意大(dà)利的格(gé)兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层(céng)楼高的探测器(qì)，一直致力于(yú)寻找暗物(wù)质粒子的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科学家声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多(duō)年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测率会在每年的(de)6月份达到(dào)峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发(fā)现暗物质的(de)第(dì)一个直(zhí)接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太(tài)阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这(zhè)意(yì)味着我们也在(zài)以这样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的(de)振荡，同时(shí)地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银河系(xì)的方向是(shì)一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份(fèn)的时候(hòu)，地球(qiú)与太(tài)阳的方向(xiàng)正(zhèng)好(hǎo)达到完(wán)全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系(xì)相对(duì)银河系的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的(de)倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不(bù)影响(xiǎng)这(zhè)个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测到(dào)的周期性信号。当然也可(kě)能有(yǒu)其他的情(qíng)况(kuàng)，造(zào)成这种年度周期信号的(de)差异也可能是(shì)温度、湿度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎(hū)相同的实验室(shì)，这里(lǐ)的季(jì)节与之前的实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的非常有(yǒu)力的(de)证据了。但是(shì)由于这(zhè)个实验(yàn)室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目(mù)前还无法提(tí)供相应的数(shù)据支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台新(xīn)的(de)望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的(de)用途(tú)就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的科学(xué)家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森斯特(tè)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(mì)的(de)效应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的诞(dàn)生(shēng)，或者说是(shì)生命(mìng)进化(huà)的一个重(zhòng)要(yào)因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中的暗物(wù)质会不会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物(wù)质(zhì)到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新的动(dòng)力！

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