宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释(shì)的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年当中进行了超(chāo)过(guò)50次的长期(qī)实验，但是却没有(yǒu)发(fā)现(xiàn)任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然哲学数学(xué)原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙(zhòu)中天体运动的规(guī)律。往后的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一(yī)定有(yǒu)未知(zhī)的天(tiān)体通过引力在摄动(dòng)它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的(de)异常，推算并且(qiě)发现了海(hǎi)王(wáng)星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗(huì)雪花秀适合四十岁女人吗，雪花秀适合四十几岁的女人用吗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重大(dà)天(tiān)文成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者(zhě)是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情就(jiù)开始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测(cè)量后发(fā)星系团的质量。这是一个由数千个星系(xì)所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团，这些星系(xì)被引力束(shù)缚在(zài)一起。测量星系团的质量一般会(huì)使用到两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

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

第二种是动力(lì)学(xué)质(zhì)量的计算，是利用光谱红移(yí)测量(liàng)星系团(tuán)中的各个星系(xì)相对于星系(xì)团的(de)运动速(sù)度(dù)。当(dāng)测量结果出(chū)来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发(fā)座星(xīng)系团有99%的质量消失(shī)了，或(huò)者说这99%的(de)质(zhì)量并不以可见(jiàn)光的形式所存在(zài)，我们(men)无法看到。最诡异(yì)的是，在(zài)测量(liàng)速(sù)度(dù)的过(guò)程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系团中很多星(xīng)系的速度比理论(lùn)上(shàng)要快得多，按照(zhào)牛顿的(de)运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这些(xiē)可见星系(xì)的质量(liàng)所产(chǎn)生的引力是(shì)无法将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星(xīng)系团(tuán)之外了，除非(fēi)有一(yī)种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某(mǒu)种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了(le)这样(yàng)部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的(de)人们对这样的(de)一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星系中的(de)恒星运(yùn)动(dòng)。理论上(shàng)来说，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(tā)们观(guān)测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如果没(méi)有足够大(dà)的(de)质量来(lái)吸(xī)引它们(men)，这些外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于(yú)这种现象，科学家们会使用一(yī)种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测量星系(xì)当中气体在(zài)X轴上距离(lí)星系中心的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的旋转速(sù)度(dù)。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通过射电(diàn)望远镜测(cè)量了距离星系中心更远距(jù)离(lí)的氢元素，发(fā)现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛顿的(de)力学定律。我们的太(tài)阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根据(jù)万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个实(shí)际速(sù)度远(yuǎn)远大于理论速度，那(nà)么产生以上这种向心加速(sù)度的(de)原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不(bù)到的(de)物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也(yě)是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来越(yuè)多的(de)研究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物(wù)质的存在(zài)。科学家根(gēn)据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的(de)质量(liàng)占(zhàn)整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个(gè)现(xiàn)象的(de)原因。在(zài)一项新的研究(jiū)当中，科学家们(men)发现，几乎没(méi)有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远恒星之间(jiān)，也(yě)会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星(xīng)系(xì)当中存在的恒星数(shù)量却只有银河(hé)系的千分之(zhī)一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则就(jiù)会分(fēn)崩(bēng)离析(xī)。但(dàn)是科学(xué)家们(men)使(shǐ)用最先进的望(wàng)远镜对其进行(xíng)了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用正(zhèng)常(cháng)的物质(zhì)和(hé)力学(xué)定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系存在。造成(chéng)这些现象的(de)除了暗物质的假说之外，另一种可能(néng)就是人(rén)类对引力的理(lǐ)解(jiě)还不(bù)够全(quán)面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这(zhè)意味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体会沿(yán)着它(tā)们的(de)轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系(xì)和星团(tuán)的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是(shì)不同的方(fāng)式。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科学家还(hái)引入了外部(bù)场(chǎng)效应(yīng)的概念(niàn)，指的是(shì)在(zài)数百万(wàn)光年的规(guī)模(mó)上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们(men)需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就(jiù)此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们(men)大(dà)部分的(de)普通(tōng)质量(liàng)都在星系(xì)的气(qì)体(tǐ)当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就(jiù)会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅(fú)降低(dī)。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)大部(bù)分的(de)质量将位于所有这(zhè)些(xiē)气体所在的中间(jiān)区域(yù)。那么我们通过(guò)什(shén)么(me)来验证(zhèng)它的质量区域到底是不是(shì)集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空望远镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸产生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其(qí)实这(zhè)些星系本(běn)身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出(chū)了什么问(wèn)题，而(ér)是这样极(jí)遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的(de)观测者(zhě)之间(jiān)。被一(yī)个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当(dāng)人们对(duì)子弹星系团(tuán)观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域并不是(shì)在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释方法就是(shì)当星(xīng)团发(fā)生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区(qū)域(yù)，并在两(liǎng)边(biān)形成了(le)引力透镜。对子(zi)弹星系团的(de)引力(lì)透镜研究(jiū)也被认(rèn)为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可(kě)见光(guāng)终于(yú)可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上留下(xià)了各相同(tóng)性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连(lián)通域提(tí)取和标记(jì)之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应(yīng)该是这(zhè)样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起来(l雪花秀适合四十岁女人吗，雪花秀适合四十几岁的女人用吗ái)“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微波背(bèi)景辐(fú)射(shè)的测(cè)量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与解(jiě)释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例是一致的(de)。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的理(lǐ)论(lùn)框架，就很好地解(jiě)释了很(hěn)多不同的观(guān)测结果。而(ér)暗物质的(de)本(běn)质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它们不(bù)参(cān)与(yǔ)任何(hé)其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够(gòu)找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么(me)？科学家们已(yǐ)经提(tí)出了数十种的(de)假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子(zi)所需要的实(shí)验方(fāng)式(shì)也不相同(tóng)。在过(guò)去的几十(shí)年当中，人类(lèi)为了寻(xún)找这些看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的(de)“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超过50次的实(shí)验，却没有(yǒu)任何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山下1400米处(chù)的(de)地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实(shí)验室，这个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学(xué)家(jiā)声称观测(cè)到了某(mǒu)种信号(hào)。经过了20多年的数据收集，人们发(fā)现(xiàn)了一个有趣的事(shì)情(qíng)。探测(cè)率会(huì)在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学(xué)家(jiā)认为这可能是(shì)人类发(fā)现暗(àn)物质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系(xì)进行移动(dòng)，那么如果暗物(wù)质(zhì)存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质(zhì)流(liú)，这个过(guò)程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时(shí)间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳环绕银(yín)河系的方(fāng)向是(shì)一致的，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候(hòu)，地球与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿(chuān)越暗(àn)物质(zhì)流最(zuì)快的时(shí)段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了最慢(màn)值(zhí)。尽管在实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河系(xì)的(de)平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的(de)有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为(wèi)这(zhè)可以(yǐ)用(yòng)来(lái)解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然(rán)也可能有(yǒu)其他的情况，造成这(zhè)种年(nián)度周期信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的(de)数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立了(le)一个几(jǐ)乎相(xiāng)同(tóng)的实(shí)验室(shì)，这里的季节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物(wù)质流的运动特征和(hé)第一个实(shí)验(yàn)室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得(dé)到相同的信号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物质(zhì)所存(cún)在(zài)的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这(zhè)个(gè)实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射(shè)一台(tái)新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供(gōng)的(de)视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其中(zhōng)一个关(guān)键(jiàn)的(de)用途就是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥秘，对(duì)于探(tàn)测(cè)的(de)结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米实验(yàn)室(shì)粒子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如果暗物质存在，它(tā)们极(jí)有可能拥有另一种神(shén)秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说是(shì)生命进化的一个重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一(yī)步的(de)证实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当中的(de)暗物质会不会意味着人类(lèi)并不(bù)孤单(dān)呢(ne)？或(huò)许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们(men)，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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