宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的？为何会存(cún)在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物质存(cún)在的(de)证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中(zhōng)进行了(le)超过(guò)50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却没有发现任何的有效证据(jù)。除(chú)了一(yī)个(gè)地方，在1687年出版的(de)自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有(yǒu)引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运(yùn)动的(de)规律。往后的几(jǐ)百年来，当天(tiān)文学家们发(fā)现某些(xiē现实中有和自己儿子的吗，有多少给过自己的儿子)天体运(yùn)行轨道出现异常(cháng)，不(bù)符(fú)合万有引(yǐn)力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天(tiān)体通过引力在摄(shè)动(dòng)它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并且发现了(le)海王星的(de)存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天(tiān)文成就(jiù)的例子。但是这些发(fā)现都是在(zài)恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者是(shì)星(xīng)团的尺度(dù)，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发(fā)星系团的质量(liàng)。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星(xīng)系所组成的(de)巨大星(xīng)系(xì)团，这些星系(xì)被引力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量一般(bān)会使(shǐ)用到两(liǎng)种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的(de)范围。

第一种是获得其"光度(dù)学(xué)的(de)质量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的(de)光度。

第二种是(shì)动(dòng)力学质(zhì)量的计算，是(shì)利(lì)用(yòng)光(guāng)谱红移测量星系(xì)团中的(de)各个星(xīng)系相对于星系团的运动(dòng)速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发(fā)座星(xīng)系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的(de)质(zhì)量并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我(wǒ)们无(wú)法看到。最诡异的是，在测(cè)量(liàng)速度的过程中，兹威(wēi)基(jī)发现星系团中很多星(xīng)系的(de)速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛(niú)顿的运动学(xué)定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生(shēng)的引力是无(wú)法将它们束(shù)缚在(zài)星系团(tuán)内(nèi)的(de)，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛(pāo)出星系(xì)团(tuán)之(zhī)外了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量在起作用，这(zhè)种力量(liàng)来源于某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提出了这(zhè)样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却(què)占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词(cí)才再一(yī)次出(chū)现。天文(wén)学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福(fú)特在观(guān)测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他们观测的(de)结果却让人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加(jiā)，恒(héng)星(xīng)的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对(duì)标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离(lí)星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)。如(rú)果出现异(yì)常的结果，就认(rèn)为是由暗(àn)物质(zhì)的力(lì)量进入(rù)其中。

于是(shì)科(kē)学(xué)家们通过(guò)射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发(fā)现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的(de)力学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂(bì)之上(shàng)，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的(de)运行(xíng)速度(dù)应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳(yáng)系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个(gè)实际速(sù)度(dù)远(yuǎn)远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这(zhè)种向(xiàng)心加速度的原因很可(kě)能就是(shì)存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应将星系聚集(jí)在了一起。

也(yě)是从这时(shí)开始，越(yuè)来越(yuè)多的(de)研究人员开始相信暗物质的存在。科(kē)学(xué)家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估(gū)算(suàn)在星系当(dāng)中暗(àn)物质的质量占(zhàn)整个星(xīng)系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯(wéi)一可以解(jiě)释(shì)这个现(xiàn)象(xiàng)的原(yuán)因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的(de)遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出现速(sù)度(dù)上的微小(xiǎo)差异(yì)。另(lìng)外，天文学(xué)家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中存在的恒(héng)星数(shù)量却只有(yǒu)银河系(xì)的千分之一(yī)。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则(zé)就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测(cè)量之后(hòu)，发现星系(xì)中的恒星(xīng)运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来(lái)解释(shì)的。那么又(yòu)有人提出(chū)，也许该星系的(de)暗物质，已经(jīng)被附近的另(lìng)一(yī)个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星系存在。造(zào)成这些(xiē)现象的除(chú)了暗物(wù)质(zhì)的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作(zuò)方式是不同(tóng)的，这意(yì)味(wèi)着(zhe)在(zài)行(xíng)星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上升到星系和(hé)星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家(jiā)还(hái)引(yǐn)入了外部场效应(yīng)的(de)概念，指的是在数百万(wàn)光年的规模(mó)上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的(de)效果，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修(xiū)正，这些(xiē)发现也(yě)让很多(duō)人认为暗物(wù)质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗(àn)物(wù)质存在(zài)的(de)其他(tā)的(de)理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没法解释(shì)的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质量都在(zài)星(xīng)系的(de)气体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温度(dù)的急(jí)剧升(shēng)高，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹星系(xì)团大(dà)部分(fēn)的质(zhì)量将位于所有(yǒu)这些气(qì)体(tǐ)所在的(de)中间区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的(de)质量区域到底是不(bù)是集中在(zài)中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全彩(cǎi)的(de)高清照片，在照片中我们可以明显地看到很(hěn)多星系(xì)似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并(bìng)不是(shì)真的被扭曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是(shì)这样极(jí)遥远(yuǎn)的(de)天体(tǐ)和我们地球(qiú)上(shàng)的观测者之间。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨(jù)大的(de)天体(tǐ)遮挡，这个超大质(zhì)量的(de)东西的引力，会(huì)使身后(hòu)更遥远星系(xì)的(de)光都发生了扭曲。这(zhè)个(gè)现象就是引力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大的(de)天(tiān)体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发(fā)现它的大质量(liàng)区(qū)域并(bìng)不是(shì)在中(zhōng)间，而(ér)是在(zài)两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星团发生全部(bù)的(de)碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗(àn)物质则(zé)直接通过了(le)这个区(qū)域，并在(zài)两(liǎng)边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系团(tuán)的引力透镜(jìng)研(yán)究也(yě)被认为是(shì)暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的(de)理论证据。

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除(chú)此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇(yǔ)宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于(yú)可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空(kōng)间背(bèi)景(jǐng)上留下了各(gè)相(xiāng)同(tóng)性的(de)微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差(chà)只有万(wàn)分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离后的(de)二值图像进行连通域提取和标(biāo)记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来(lái)不应该是这样(yàng)的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物(wù)质大(dà)约是普(pǔ)通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物(wù)质比(bǐ)例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测(cè)结果。而(ér)暗物质的本(běn)质就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某种类(lèi)型的(de)粒子，它们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过引(yǐn)力来相(xiāng)互作用(yòng)。所(suǒ)以如(rú)果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于(yú)找到(dào)了暗物质(zhì)存在的实际(jì)证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提(tí)出了数(shù)十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会(huì)与常规(guī)物(wù)质相互(hù)作用(yòng)的(de)“暗物质”，科学家(jiā)们(men)已经(jīng)进行了超(chāo)过(guò)50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意(yì)大利(lì)的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下(xià)1400米处的(de)地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地(dì)学实验室，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的(de)探测器(qì)，一直(zhí)致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到(dào)了某种信号(hào)。经过了(le)20多年的数据(jù)收集，人们发(fā)现了一个(gè)有趣(qù)的事情。探测率会在每(měi)年的(de)6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而(ér)且在20年(nián)当(dāng)中(zhōng)每(měi)年都(dōu)是一样。一些科学家认为这可能(néng)是人类发现暗(àn)物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生(shēng)周期性的年度(dù)信号(hào)呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味(wèi)着我们也(yě)在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会(huì)产生相应(yīng)的振荡，同时地(dì)球又(yòu)以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系(xì)的方向(xiàng)是一致的(de)，而(ér)另外半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全(quán)一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到(dào)了最慢(màn)值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相对银(yín)河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研究人员们所观测到(dào)的周(zhōu)期(qī)性信(xìn)号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这种年度周期(qī)信(xìn)号的差异也可(kě)能是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大(dà)利游客的数量也(yě)符合这个周期(qī)的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南半球建(jiàn)立(lì)了一个几乎相同的实验室，这里的(de)季节与(yǔ)之(zhī)前的实(shí)验室正好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特(tè)征和第一个实验室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在这里(lǐ)可以得到(dào)相(xiāng)同(tóng)的信号，就可(kě)以(yǐ)成(chéng)为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证(zhèng)据了(le)。但(dàn)是(shì)由于这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截至目(mù)前还无(wú)法(fǎ)提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是(shì)探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭(shì)目(mù)以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存(cún)在，它(tā)们极(jí)有可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗(àn)物质(zhì)效应(yīng)，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得(dé)到进一步的(de)证(zhèng)实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的暗物质会(huì)不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论(lùn)的大前提(tí)是要先(xiān)找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得(dé)暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力！

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