宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什(shén)么？人类(lèi)为了(le)寻找暗(àn)物(wù)质存在(zài)的证据，科学家们在过去的(de)几(jǐ)十年当中进行了超过(guò)50次(cì)的长期实验，但是(shì)却没(méi)有发现任(rèn)何(hé)的有效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它(tā)揭示了(le)宇宙中(zhōng)天(tiān)体(tǐ)运动的规律。往后的几(jǐ)百年(nián)来，当天文学(xué)家们发(fā)现某些天体(tǐ)运(yùn)行(xíng)轨道出现异(yì)常，不(bù)符合(hé)万有引(yǐn)力(lì)定律的时候，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的(de)轨(guǐ)道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王(wáng)星(xīng)运行轨(guǐ)道的(de)异常(cháng)，推算并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星的发(fā)现都是应用(yòng)万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律所取得重大(dà)天文成(chéng)就的例子(zi)。但是这些发现(xiàn)都是(shì)在恒星系统的(de)尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们(men)上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹(zī)威基正在(zài)研究和(hé)测量后发星系团的质量。这是一个由(yóu)数(shù)千个(gè)星系所组成(chéng)的巨大星系(xì)团(tuán)，这些星系被引(yǐn)力(lì)束缚(fù)在一起。测(cè)量星系团的质(zhì)量一般(bān)会(huì)使用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范(fàn)围。

第(dì)一种是获(huò)得其"光(guāng)度(dù)学的质量"，需要的(de)数据是测(cè)量各个星系(xì)的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中(zhōng)的(de)各个(gè)星系相(xiāng)对于星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了(le)，“动(dòng)力(lì)学质量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的形式(shì)所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是，在(zài)测量速(sù)度的(de)过程(chéng)中，兹(zī)威基(jī)发现星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要(yào)快得(dé)多(duō)，按照牛(niú)顿的运动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法(fǎ)将它们(men)束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了(le)这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光(guāng)、反射(shè)光(guāng)，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗(àn)物(wù)质”这(zhè)个词才再一次出(chū)现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女(nǚ)座星系中的(de)恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来(lái)说(shuō)，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的(de)恒(héng)星在其轨道(dào)上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增(zēng)加，恒星的(de)旋转速度几乎保持(chí)不变。可(kě)是根据牛顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没有足够大的(de)质量来(lái)吸(xī)引它们(men)，这(zhè)些(xiē)外围(wéi)的(de)恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于(yú)这(zhè)种(zhǒng88是不是质数，79是质数吗)现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使(shǐ)用(yòng)一(yī)种(zhǒng)相对标准的(de)方法来解释暗物(wù)质的(de)存(cún)在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距离星系中(zhōng)心的(de)距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速(sù)度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学家们通(tōng)过射(shè)电望(wàng)远镜测量了(le)距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们(men)的旋(xuán)转速度并不符(fú)合牛顿的力(lì)学(xué)定(dìng)律(lǜ)。我们的(de)太阳系(xì)也不例外(wài)，太阳(yáng)系位于(yú)银(yín)河(hé)系的(de)第三悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速(sù)度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际(jì)速(sù)度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度(dù)的原因很(hěn)可能就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时(shí)开(kāi)始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究人员(yuán)开始相信(xìn)暗(àn)物质(zhì)的(de)存(cún)在。科学家根(gēn)据星(xīng)系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量占整个星(xīng)系质量的(de)85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并(bìng)不是(shì)唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效(xiào)应的(de)遥远恒(héng)星之间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天(tiān)文学(xué)家(jiā)还(hái)发现了(le)一个反(fǎn)常(cháng)的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距离地球(qiú)大约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银(yín)河系不多，但是星系(xì)当中(zhōng)存(cún)在的恒星数(shù)量却(què)只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星(xīng)系(xì)必(bì)须(xū)存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最先进的望远镜(jìng)对(duì)其(qí)进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星(xīng)运(yùn)动是可以用正常的(de)物质和力学定律来解(jiě)释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的(de)附近没(méi)有任何星系存在。造成这(zhè)些(xiē)现象的除(chú)了(le)暗物质(zhì)的(de)假说之外(wài)，另(lìng)一种可能(néng)就是人类对(duì)引力的理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引力很可能在不(bù)同尺度空间中(zhōng)的(de)工作方式是不(bù)同的，这意味(wèi)着在行星系尺(chǐ)度(dù)中(zhōng)的天体(tǐ)会(huì)沿着它们的轨道，按照我们(men)所理(lǐ)解的方式(shì)运动。但是(shì)上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在(zài)星(xīng)系团之间(jiān)的相互作用，科学(xué)家还(hái)引入(rù)了(le)外部(bù)场效应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百万光(guāng)年(nián)的规模上，巨大(dà)的(de)质量(liàng)之间会产生对彼此特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在(zài)的物理定律进(jìn)行(xíng)修正(zhèng)，这些发现也(yě)让很(hěn)多人认为暗物质假说(shuō)理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于(yú)暗物质存在(zài)的(de)其他的(de)理论证(zhèng)据，这些理论(lùn)证(zhèng)据(jù)是蒙(méng)德(dé)理论(lùn)所没法解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系(xì)团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分(fēn)的普通质量都在星系(xì)的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会(huì)导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系团大(dà)部分的质量将位于(yú)所有这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们通过什(shén)么来验证它的质量(liàng)区域(yù)到底是不是(shì)集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全彩的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中我们可以明显地看到很多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的(de)形变。其实(shí)这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远的天体和(hé)我们(men)地球上(shàng)的(de)观(guān)测(cè)者之间。被一(yī)个质量(liàng)超级巨大的(de)天体遮挡，这个(gè)超大质(zhì)量的(de)东西的引力，会使身后更遥远星系(xì)的光都(dōu)发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引力透镜效应。这个(gè)巨大的(de)天体可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最好的(de)解释方法就(jiù)是(shì)当(dāng)星团发生全(quán)部(bù)的碰撞时(shí)，可被观(guān)测到(dào)的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物(wù)质则直接通过了这个(gè)区域，并在(zài)两边(biān)形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的(de)迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上留下了(le)各相同(tóng)性的微波辐(fú)射(shè)。其中(zhōng)红色的(de)部分(fēn)表示(shì)温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间的温差(chà)只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学家们通过(guò)对(duì)前景背景分(fēn)离后的二值图(tú)像进行连通域提取和标(biāo)记(jì)之后发(fā)现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图(tú)形看起来(lái)不(bù)应该是这样的(de)，而(ér)随着暗物(wù)质(zhì)的增加，一些峰值的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来“和谐(xié)”。为了(le)匹配(pèi)宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐射的测量值(zhí)，我们需(xū)要的暗物(wù)质(zhì)大(dà)约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗(àn)物(wù)质比例是(shì)一(yī)致的。这(zhè)就意味着。

用了一个(gè)简单的理(lǐ)论框架(jià)，就很好(hǎo)地(dì)解释了很多不同(tóng)的观(guān)测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参(cān)与(yǔ)任何其他(tā)的电磁(cí)作用(yòng)，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到(dào)这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物质存在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科学家们(men)已经提出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的目标粒子所需要(yào)的实验方式(shì)也不相同。在过去的几十年当中，人(rén)类(lèi)为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与常(cháng)规物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物(wù)质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米处(chù)的(de)地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测(cè)器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经(jīng)过了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探(tàn)测率会在每年(nián)的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然(rán)后在11月(yuè)降到(dào)最低，而且(qiě)在20年当(dāng)中(zhōng)每年都是一样。一些(xiē)科学家(jiā)认(rèn)为这可能是(shì)人类发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性(xìng)的年度(dù)信号(hào)呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕着银(yín)河(hé)系进行移动(dòng)，那(nà)么如果暗物(wù)质(zhì)存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过程中会(huì)产生相应(yīng)的振荡，同时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕太(tài)阳(yáng)进(jìn)行(xíng)旋(xuán)转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系(xì)的(de)方向是一致(zhì)的，而另外半(bàn)年则(zé)与之(zhī)相反。

而(ér)在(zài)6月(yuè)份的(de)时(shí)候，地球与太(tài)阳(yáng)的方(fāng)向正(zhèng)好达到完全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地球(qiú)穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这可(kě)以用(yòng)来解释，研(yán)究人员们所观(guān)测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成(ché88是不是质数，79是质数吗ng)这种年度周期(qī)信(xìn)号的差异也可能是温度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水分、高山(shān)上的(de)积雪，甚至(zhì)连意(yì)大(dà)利游客的数(shù)量也符合(hé)这个周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在(zài)南半(bàn)球建立了一个几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这里的(de)季节与之前的(de88是不是质数，79是质数吗)实验(yàn)室正好相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流(liú)的(de)运动特征和第一个(gè)实验室(shì)是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到(dào)相同的信号(hào)，就可以成(chéng)为(wèi)暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由(yóu)于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射(shè)一台新的望远镜，这(zhè)台太空(kōng)望远镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它(tā)的宽视(shì)场仪(yí)器提供的(de)视野(yě)是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是(shì)探(tàn)索暗(àn)物质背后的(de)奥秘，对(duì)于探(tàn)测的结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有(yǒu)可(kě)能拥有(yǒu)另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者说是生(shēng)命进化(huà)的(de)一(yī)个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进(jìn)一步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人(rén)类并不孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正在(zài)通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前(qián)提是要先找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么(me)小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的动力(lì)！

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