宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存(cún)在科学无(wú)法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证据，科学(xué)家们在过去的几十年当(dāng)中进行了(le)超过50次的长期实验，但是却(què)没有发(fā)现(xiàn)任(rèn)何(hé)的有效证据。除了一个(gè)地方，在(zài)1687年出(chū)版的(de)自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道(dào)出现异(yì)常，不符合(hé)万有引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄(shè)动它(tā)的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通过(guò)天王(wáng)星(xīng)运(yùn)行轨道的异(yì)常，推算(suàn)并且发现了海王星的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都(dōu)是(shì)应用万(wàn)有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是(shì)这(zhè)些发(fā)现都是在恒星系(xì)统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系(xì)或者是(shì)星团(tuán)的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发星系团的质(zhì)量。这是(shì)一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的(de)质量一般会(huì)使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方(fāng)法结(jié)果一致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用(yòng)光谱红移测量(liàng)星(xīng)系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的(de)运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星(xīng)系团(tuán)中很(hěn)多星(xīng)系的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星(xīng)系的质量(liàng)所产(chǎn)生的引力(lì)是无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之(zhī)外(wài)了(le)，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用(yòng)，这种力量来源(yuán)于(yú)某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出(chū)了(le)这样部分不可见(jiàn)的(de)暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们对这样的(de)一(yī)种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词(cí)才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座(zuò)星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动(dòng)。理论(lùn)上(shàng)来说(shuō)，距离(lí)中心越(yuè)远的(de)恒星在其(qí)轨(guǐ)道(dào)上(shàng)的运行(xíng)速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人感到不可(kě)思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的(de)旋(xuán)转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据(jù)牛顿的(de)万有引力定(dìng)律，在星系当中(zhōng)如(rú)果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了(le)。基于这种现象，科学(xué)家们(men)会使用一(yī)种相对(duì)标准的(de)方法来解释(shì)暗物质的存在，这(zhè)种方法就(jiù)是测量(liàng)腰围88是多少 腰围88是多少码星系(xì)当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离(lí)星(xīng)系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速(sù)度(dù)。如(rú)果出(chū)现异(yì)常的结(jié)果，就认为(wèi)是由暗物质的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科学(xué)家们(men)通过(guò)射电望(wàng)远镜测量了距离(lí)星系中心(xīn)更远距离(lí)的氢(qīng)元素，发现它们(men)的(de)旋转速(sù)度并不符合牛(niú)顿(dùn)的力学(xué)定律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律(lǜ)进(jìn)行计(jì)算，太阳系的(de)运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕银(yín)河(hé)系旋转，这个实际速度(dù)远(yuǎn)远大于理论速度，那么(me)产生以上这种向心加速度(dù)的(de)原因很可能就(jiù)是存在着一种我(wǒ)们看(kàn)不到(dào)的物质，是这些暗(àn)物质的引力效应将星(xīng)系(xì)聚(jù)集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来(lái)越多(duō)的研究人(rén)员开始相信暗物质的(de)存(cún)在。科(kē)学家(jiā)根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一(yī)可以解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家(jiā)们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差(chà)异。另(lìng)外，天文(wén)学家还(hái)发现了一个(gè)反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗(àn)物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科(kē)学家们使用(yòng)最先进的(de)望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质和(hé)力(lì)学(xué)定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗物(wù)质，已经被附近的(de)另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力(lì)的(de)理(lǐ)解还不够(gòu)全(quán)面，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的工作(zuò)方式是不同(tóng)的，这(zhè)意味(wèi)着在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿着它(tā)们的轨道，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(de)尺度(dù)，引(yǐn)力(lì)之间的相互(hù)作用则是不同的(de)方式。对于在星系团之间的(de)相互作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入了(le)外部场效应的概(gài)念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成(chéng)立，这意味着(zhe)我们需(xū)要对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在(zài)的(de)其他的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年的(de)子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它(tā)们(men)大部分的普通质量(liàng)都在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用就会(huì)导致温(wēn)度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这些(xiē)气体所(suǒ)在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什(shén)么来验(yàn)证它的质量(liàng)区(qū)域到底是不是集(jí)中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全(quán)彩的(de)高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们可(kě)以明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什么问题(tí)，而(ér)是这样极遥远的(de)天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的观(guān)测者之间。被(bèi)一个(gè)质量(liàng)超级巨大的(de)天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的(de)光(guāng)都发生了扭曲(qū)。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大的天体(tǐ)可(kě)能是超大质(zhì)量(liàng)的黑(hēi)洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当(dāng)人们(men)对子弹(dàn)星系团观测(cè)的时候，发现它的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的(de)解释方法就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被(bèi)观测到(dào)的质量(liàng)气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接通(tōng)过(guò)了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团(tuán)的(de)引力透镜(jìng)研究也被认为是暗(àn)物质存在(zài)的迄今为止最好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此之外，还(hái)有来自(zì)宇宙(zhòu)当(dāng)中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，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(yì)年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同(tón腰围88是多少 腰围88是多少码g)性(xìng)的微波辐射。其中红色(sè)的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的(de)区域，但实际(jì)上它(tā)们(men)之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背景分离后的二值图像进行连通域提(tí)取和(hé)标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图(tú)形看起来不(bù)应该是(shì)这样(yàng)的，而随着暗物质的(de)增加，一些(xiē)峰值(zhí)的(de)幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射(shè)的(de)测量值，我们需要的暗(àn)物(wù)质大约是普通物(wù)质的(de)5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒(héng)星运动所需(xū)要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理(lǐ)论框架(jià)，就很好(hǎo)地解释(shì)了很(hěn)多不(bù)同的观测结(jié)果。而暗物(wù)质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们(men)不参与(yǔ)任何其他的(de)电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所(suǒ)以如果(guǒ)能够找到这种粒子(zi)的存(cún)在，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的实(shí)际(jì)证据(jù)。这(zhè)种粒子到底是什么？科(kē)学家们(men)已经提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所需要的(de)实验方式也(yě)不(bù)相同。在过去的几(jǐ)十(shí)年当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这(zhè)些看不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会(huì)与(yǔ)常规(guī)物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行(xíng)了超过50次(cì)的(de)实验，却没(méi)有任何实质(zhì)性(xìng)的(de)发现，除(chú)了一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地(dì)学实验(yàn)室，这(zhè)个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的(de)探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻找暗(àn)物质粒子(zi)的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称(chēng)观测(cè)到(dào)了某种(zhǒng)信(xìn)号(hào)。经过了20多年的(de)数据收集(jí)，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探测(cè)率会在(zài)每(měi)年的6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年(nián)都(dōu)是一样。一些(xiē)科学家认(rèn)为这可(kě)能是人类(lèi)发(fā)现(xiàn)暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗(àn)物质(zhì)会产生周期性的年(nián)度(dù)信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲了太(tài)阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那(nà)么如果暗物质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味着(zhe)我们也在以这(zhè)样的(de)速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程(chéng)中会(huì)产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕太阳(yáng)进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地(dì)球围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银河(hé)系(xì)的(de)方向是一(yī)致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球(qiú)与太阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达到(dào)完全一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达到了(le)最慢值(zhí)。尽管在实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银河系的平(píng)面呈现了(le)60度(dù)的(de)倾斜，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个(gè)理论的(de)有效性。

因此科学(xué)家认为这可以用(yòng)来解释，研究(jiū)人员(yuán)们所观(guān)测(cè)到的周期性信号。当然也(yě)可(kě)能有其他的情(qíng)况，造(zào)成这(zhè)种年度周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客(kè)的数量也(yě)符合(hé)这个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又在南半球建(jiàn)立(lì)了(le)一(yī)个几乎(hū)相同(tóng)的(de)实验(yàn)室(shì)，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗(àn)物(wù)质所存在(zài)的(de)非常有力的证据了。但是(shì)由于这个(gè)实验室(shì)刚刚(gāng)建成不(bù)久，所以截至目前(qián)还无法提供(gōng)相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视(shì)野是(shì)哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的(de)用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥(ào)秘，对于探测的结(jié)果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在，它们极有可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命(mìng)进化的一个(gè)重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证(zhèng)实(shí)，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味着人(rén)类(lèi)并不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行(xíng)星(xīng)上，暗物(wù)质正在通过这样的效应创造(zào)生(shēng)命。当然，这(zhè)些(xiē)推论的大前提是要先(xiān)找到(dào)暗物质存在(zài)的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的动力(lì)！

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