宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科学家们(men)在(zài)过去的几十年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发(fā)现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定(dìng)律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天体运(yùn)动的(de)规(guī)律。往后(hòu)的几百年来，当天(tiān)文学家们(men)发现某(mǒu)些天(tiān)体运(yùn)行(xíng)轨道出(chū)现异常(cháng)，不(bù)符(fú)合(hé)万有引力定(dìng)律的时(shí)候，他(tā)们(men)就会知(zhī)道(dào)，周(zhōu)围一(yī)定有未知的(de)天体通过(guò)引力在(zài)摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过(guò)天王星(xīng)运行轨道的(de)异常，推算并(bìng)且(qiě)发(fā)现了海王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律所取得重大天文(wén)成就(jiù)的(de)例子。但是(shì)这些(xiē)发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上(shàng)升到(dào)星系(xì)或者是(shì)星团的尺度，事(shì)情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的质(zhì)量。这是一个(gè)由数千(qiān)个(gè)星系所(suǒ)组成的巨大(dà)星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使(shǐ)用(yòng)到(dào)两种(zhǒng)方法(fǎ)，当(dāng)两种方法结果一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测(cè)量(liàng)各(gè)个星系的光度。

第(dì)二(èr)种是动力(lì)学质量的计算，是利(lì)用(yòng)光谱红移测量星系团中的(de)各个(gè)星(xīng)系(xì)相(xiāng)对(duì)于星系团(tuán)的运动速度(dù)。当测(cè)量结果(guǒ)出(chū)来(lái)之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度学质(zhì)量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式(shì)所存在，我们无(wú)法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产生10亿人民币在日本算有钱吗，日本10亿等于人民币多少钱的引力(lì)是(shì)无法将它们(men)束缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛出星系团(tuán)之外了(le)，除非(fēi)有一种神秘的力(lì)量在(zài)起作用(yòng)，这(zhè)种力量来源于(yú)某种隐(yǐn)形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大(dà)部分(fēn)的质量(liàng)。只是当(dāng)时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在观测仙女(nǚ)座(zuò)星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中(zhōng)心(xīn)越远的恒星(xīng)在其(qí)轨道上的运(yùn)行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人感到不(bù)可思(sī)议。

随着与中心(xīn)距离的增(zēng)加，恒(héng)星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来(lái)吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使(shǐ)用一(yī)种相对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在(zài)X轴上距(jù)离(lí)星系(xì)中心(xīn)的(de)距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学(xué)家们(men)通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距(jù)离的氢(qīng)元素，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符(fú)合牛(niú)顿的(de)力学(xué)定律。我们(men)的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有(yǒu)引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速(sù)度(dù)应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实(shí)际速度(dù)远远大于理论速度，那么产生(shēng)以上(shàng)这种向心(xīn)加速度的原因很可能就是(shì)存在(zài)着一种我(wǒ)们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系(xì)聚集在(zài)了一起。

也是从(cóng)这时开始，越(yuè)来越(yuè)多的研(yán)究人员开始相信暗(àn)物质(zhì)的存在。科学(xué)家根据星系外(wài)恒星(xīng)轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在星(xīng)系当中(zhōng)暗物(wù)质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一可以解(jiě)释这个现象的原(yuán)因。在(zài)一(yī)项新的研究当中(zhōng)，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的(de)遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小差异。另外(wài)，天文学家还(hái)发现了一(yī)个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和(hé)银(yín)河系不多，但是(shì)星系当中存(cún)在的恒星数(shù)量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系(xì)中的恒星(xīng)运动是可以用正(zhèng)常的(de)物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该(gāi)10亿人民币在日本算有钱吗，日本10亿等于人民币多少钱星系的暗物质(zhì)，已经(jīng)被附近的另(lìng)一个(gè)大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一(yī)种可能就是人(rén)类对引力(lì)的(de)理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作(zuò)方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式(shì)运动(dòng)。但是上升到(dào)星系和星团的尺度，引力(lì)之间的相互作用则是不同的方式(shì)。对于(yú)在星系团之(zhī)间的(de)相互(hù)作(zuò)用(yòng)，科学家还引入了外(wài)部场(chǎng)效应(yīng)的概(gài)念，指(zhǐ)的(de)是在数百万光年的规模(mó)上，巨(jù)大的质(zhì)量之间会(huì)产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着(zhe)我们需(xū)要对现在的物理定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)修正，这(zhè)些发现也让很多(duō)人(rén)认为暗物(wù)质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于(yú)暗物(wù)质(zhì)存在的其(qí)他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证据(jù)是(shì)蒙德理(lǐ)论所没(méi)法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的(de)子(zi)弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系的(de)气(qì)体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互(hù)作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部(bù)分的质(zhì)量将位于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所在的中间区域(yù)。那么(me)我们通过(guò)什么来(lái)验证它的质量区(qū)域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了(le)宇(yǔ)宙当中(zhōng)第(dì)一张全彩的高(gāo)清照片，在照(zhào)片中我们(men)可以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨(jù)大的形变。其实(shí)这些星系本身并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出(chū)了什么问(wèn)题，而(ér)是这(zhè)样极(jí)遥远的天(tiān)体和我(wǒ)们(men)地球上的(de)观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量(liàng)的(de)东(dōng)西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是(shì)超大质量(liàng)的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们(men)对(duì)子弹星系(xì)团观测的(de)时候，发现它(tā)的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好(hǎo)的(de)解释方法(fǎ)就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量(liàng)气(qì)体被卡在了(le)中间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的(de)迄今为止最(zuì)好的理论(lùn)证据(jù)。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留(liú)下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较(jiào)高的区域，蓝色则(zé)表示(shì)相对(duì)较冷(lěng)的(de)区(qū)域，但实际上它(tā)们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二(èr)值图像进行连通域提(tí)取和(hé)标记之后发(fā)现，如(rú)果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有(yǒu)暗(àn)物(wù)质，图(tú)形(xíng)看起来不应(yīng)该是这样的，而(ér)随着暗物质的(de)增加，一些(xiē)峰值的(de)幅度会减小，才变(biàn)得(dé)看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我们需(xū)要(yào)的暗(àn)物质大(dà)约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运(yùn)动所需要的(de)暗物(wù)质比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多不同的观(guān)测(cè)结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它们不参(cān)与任(rèn)何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存(cún)在，就相当于(yú)找到了暗(àn)物(wù)质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科(kē)学家(jiā)们已经提出了数十种的假想目(mù)标，而要寻(xún)找这些不同的(de)目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中，人类为(wèi)了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质(zhì)相互作用的(de)“暗(àn)物(wù)质”，科(kē)学(xué)家们已经进(jìn)行了超(chāo)过50次的实(shí)验，却(què)没有任何实质性(xìng)的发(fā)现，除了(le)一(yī)个地方(fāng)，意大利的(de)格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼(lóu)高的(de)探测(cè)器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科(kē)学(xué)家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过(guò)了20多(duō)年的(de)数据收(shōu)集，人们(men)发(fā)现了一个有(yǒu)趣(qù)的(de)事情。探(tàn)测率会在每(měi)年(nián)的(de)6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年(nián)当中每年都是一样。一(yī)些科学家认为这(zhè)可能是人(rén)类发现暗物质的第一个直接证据。

但是(shì)为(wèi)什(shén)么(me)暗物质会产(chǎn)生周期性的年(nián)度(dù)信号呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围(wéi)绕着银河系进(jìn)行移动，那(nà)么(me)如果暗物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)，这意(yì)味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样的速(sù)度在穿(chuān)越着暗物(wù)质流，这个过程中会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速(sù)度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河系(xì)的(de)方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另(lìng)外(wài)半年则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向正好达(dá)到完全一致，这是(shì)理论上地(dì)球穿(chuān)越(yuè)暗(àn)物质流(liú)最快的(de)时(shí)段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的(de)有效性。

因(yīn)此科学(xué)家认为这可以用(yòng)来(lái)解释，研究人(rén)员们(men)所观测到(dào)的周期性信号。当然也可能(néng)有其他的(de)情况，造(zào)成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的(de)水分、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至连(lián)意(yì)大利游客的数(shù)量也(yě)符合这(zhè)个(gè)周期的规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家(jiā)们又在南(nán)半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与之前的(de)实验室正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和(hé)第一个实验室是(shì)一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这(zhè)里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在(zài)的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据(jù)了。但是由于这个实(shí)验室刚(gāng)刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希(xī)格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是(shì)探(tàn)索(suǒ)暗物质背后的(de)奥秘(mì)，对于探测的(de)结(jié)果，我们(men)只能(néng)拭目以待(dài)了。费(fèi)米实验室粒子天体物(wù)理(lǐ)中心(xīn)的(de)科学家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们(men)极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或(huò)者说(shuō)是生命进化的(de)一个重要因素(sù)。

如果这一理论得(dé)到进一步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗(àn)物质(zhì)会不会意味(wèi)着(zhe)人(rén)类并不(bù)孤单呢？或许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，这些推论的大(dà)前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存(cún)在(zài)呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更(gèng)新的(de)动力！

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