宇宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为(wèi)何会存(cún)在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学家们(men)在过去的几十年(nián)当(dāng)中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发(fā)现任何的(de)有效(xiào)证(zhèng)据。除了(le)一个(gè)地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学(xué)原(yuán)理一书(shū)中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们(men)就会知道，周围一定有未知的天体通过(guò)引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过(guò)天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现(xiàn)了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的发现都是(shì)应用万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是这些(xiē)发现都是(shì)在(zài)恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可当我(wǒ)们上升到(dào)星系或(huò)者是星团的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨(cí)兹(zī)威(wēi)基(jī)正在研(yán)究(jiū)和测量后发(fā)星系团的(de)质量。这是(shì)一(yī)个由数千个星系所组成的巨大(dà)星系团(tuán)，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量星系团的(de)质量(liàng)一(yī)般(bān)会(huì)使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以(yǐ)确定其质量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的(de)光度。

第二种是动(dòng)力学质量(liàng)的(de)计算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红移(yí)测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见(jiàn)光的(de)形式所(suǒ)存在(zài)，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基(jī)发现星(xīng)系团(tuán)中很多星系的速度(dù)比理论上要(yào)快得多，按(àn)照(zhào)牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的(de)质量所产生的引(yǐn)力是无(wú)法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在(zài)星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不可见(jiàn)的(de)暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的(de)质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再(zài)一次出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特(tè)福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观(guān)测的结果(guǒ)却(què)让人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中(zhōng)心距离的增加(jiā)，恒星的(de)旋转速度几乎(hū)保持(chí)不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方(fāng)法来解(jiě)释(shì)暗(àn)物质的存在，这(zhè)种方(fāng)法就是(shì)测量星(xīng)系当(dāng)中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是(shì)由暗物(wù)质的力量进(jìn)入其中。

于是科学(xué)家们通过(guò)射(shè)电望远(yuǎn)镜(jìng)测(cè)量(liàng)了距离星系(xì)中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素，发(fā)现它(tā)们的旋转速度(dù)并不符合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们的太阳系(xì)也(yě)不例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这(zhè)种向心加速度的原(yuán)因(yīn)很可能就(jiù)是存在着(zhe)一(yī)种我们看不到的物质，是(shì)这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越来(lái)越多的研究人(rén)员开始相信暗物(wù)质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的速(sù)度，估算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯一可以解释(shì)这个(gè)现象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力(lì)效应(yīng)的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系(xì)不(bù)多(duō)，但是(shì)星系(xì)当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在(zài)暗物质(zhì)，否则(zé)就会(huì)分崩离析(xī)。但是科学家们使用最先进的(de)望(wàng)远镜对其(qí)进行了40个小时的详(xiáng)细测(cè)量之后(hòu)，发现星系(xì)中的恒星运动是可以用(yòng)正常(cháng)的物质和力(lì)学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何(hé)星系(xì)存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是人(rén)类对引力的理解(jiě)还(hái)不(bù)够全面(miàn)，引力很可能在不同(tóng)尺度(dù)空间中的工作(zuò)方式(shì)是不同的，这意(yì)味着在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的(de)天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运(yùn)动(dòng)。但(dàn)是上升(shēng)到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的相互作用则(zé)是(shì)不同的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科(kē)学家还引入(rù)了外(wài)部场效应的(de)概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特(tè)殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意味着(zhe)我们需要对现(xiàn)在的(de)物(wù)理定(dìng)律进(jìn)行修正(zhèng)，这(zhè)些(xiē)发现(xiàn)也让很多人认为暗(àn)物质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗(àn)物质存在的(de)其(qí)他的理(lǐ)论证据，这些理论(lùn)证据(jù)是蒙(méng)德理论所没法解释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系(xì)团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的(de)星系(xì)团所组(zǔ)成，类似(shì)这样(yàng)的星(xīng)团，它们(men)大(dà)部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际(jì)气体的相互作用(yòng)就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低(dī)。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在(zài)的中间区域。那么我(wǒ)们通过(guò)什么来(lái)验证它的质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们(men)可以明(míng)显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了(le)巨大的形变(biàn)。其(qí)实(shí)这些星(xīng)系本身并不是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不(bù)是韦伯望(wàng)远镜出了什(shén)么问题，而(ér)是这样极遥远的天体和(hé)我(wǒ)们地(dì)球上的(de)观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个(gè)超大质量(liàng)的(de)东西的引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星系的光都发生了(le)扭(niǔ)曲(qū)。这个(gè)现象就是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大的(de)天体(tǐ)可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人(rén)们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并(bìng)不(bù)是在中(zhōng)间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以最好的(de)解(jiě)释方(fāng)法就是当星团发(fā)生全(quán)部的(de)碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量(liàng)气体被(bèi)卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质则(zé)直接通(tōng)过(guò)了(le)这(zhè)个区域，并在两边形(xíng)成(chéng)了引力透镜。对子(zi)弹星系团的(de)引力透(tòu)镜研(yán)究也被认为是暗(àn)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(lái)自宇宙当中最古(gǔ)老的(de)光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿(yì)年之(zhī)后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间(jiān)背景上(shàng)留下了(le)各相同性的微波(bō)辐射(shè)。其中红色(sè)的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝(lán)色(sè)则表示相对(duì)较冷(lěng)的区域(yù)，但实际上它们(men)之间的(de)温差(chà)只(zhǐ)有万(wàn)分之一(yī)。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后的(de)二值(zhí)图像进行连通域提取和(hé)标记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应(yīng)该是这样(yàng)的，而(ér)随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背(bèi)景辐(fú)射的测量值，我们需(xū)要(yào)的(de)暗物质(zhì)大约是(shì)普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个(gè)数字与解释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例是一(yī)致(zhì)的。这就意味着。

用(yòng)了(le)一个简单(dān)的理论框架，就很好(hǎo)地解(jiě)释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不(bù)参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来(lái)相互作用。所以如果能够找到这种粒子(zi)的存(cún)在(zài)，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是(shì)什么(me)？科学家们(men)已(yǐ)经提出了数十(shí)种的(de)假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需(xū)要(yào)的实验方式也不相同。在过去的几十年(nián)当中(zhōng)，人类(lèi)为(wèi)了寻找这些看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不(bù)会(huì)与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了(le)超(chāo)过50次的实验，却没有任(rèn)何实质(zhì)性的发现，除了(le)一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球(qiú)上最大的地学实验(yàn)室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层(céng)楼高的探测(cè)器，一(yī)直致力(lì)于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的(de)事情。探(tàn)测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年都(dōu)是一样。一(yī)些科学(xué)家认为这可能是人类(lèi)发(fā)现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周(zhōu)期性的年(nián)度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了(le)太阳(yáng)系(xì)正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗物质存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着我们也在(zài)以(yǐ)这(zhè)样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年(nián)的(de)时间，地球围绕(rào)太阳(yáng)的方向与太(tài)阳环绕银(yín)河系的(de)方(fāng)向是一致的(de)，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太(tài)阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上(shàng)地球穿越暗(àn)物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系相对银河(hé)系的(de)平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解释(shì)，研究人(rén)员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造(zào)成这(zhè)种年度周(zhōu)期信号(hào)的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山(shān)上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之(zhī)前的实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物质流(liú)的运动特征和第一(yī)个(gè)实(shí)验室是一(yī)样(yàng)的(de)。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于(yú)这个实验(yàn)室刚刚建成(chéng)不久，所以截(jié)至(zhì)目前还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外(wài)，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的(de)视野是哈(hā)勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用途(tú)就是探索暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中心的(de)科学家丹(dān)琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的(de)诞生，或(huò)者说(shuō)是生命进化的纯棉和内裤莫代尔的哪个好，纯棉和内裤莫代尔有什么不同(de)一个(gè)重要因素。

如果这一理论(lùn)得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着(zhe)人(rén)类并不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落(luò)的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的(de)效应创造(zào)生命。当然(rán)，这些推论的大前提(tí)是(shì)要先找到暗物质存在(zài)的(de)实(shí)际证据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你们(men)觉(jué)得暗物(wù)质到底(dǐ)存不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞(纯棉和内裤莫代尔的哪个好，纯棉和内裤莫代尔有什么不同zàn)，你的支持是我更(gèng)新的(de)动力！

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