宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的证据，科(kē)学家们在(zài)过(guò)去的几十(shí)年当中进行(xíng)了超过50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任(rèn)何(hé)的有效证(zhèng)据。除了(le)一个(gè)地方，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的规(guī)律。往后的(de)几百年(nián)来，当天文(wén)学家们发现(xiàn)某(mǒu)些天体运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道出现异常，不符合万有(yǒu)引力(lì)定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知(zhī)的天(tiān)体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就通过天(tiān)王(wáng)星运行轨道的异常(cháng)，推算并且(qiě)发现(xiàn)了海王星的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)所(s美国各州的缩写是什么，美国各州缩写英文字母uǒ)取得重大(dà)天文(wén)成就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒(héng)星系统的尺度当(dāng)中，可当我们(men)上(shàng)升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研究(jiū)和(hé)测量(liàng)后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数千个(gè)星(xīng)系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般会使(shǐ)用到(dào)两种(zhǒng)方(fāng)法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定其质量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需要的数据(jù)是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算(suàn)，是利用光谱红(hóng)移测量(liàng)星系团中(zhōng)的各(gè)个星系相对于(yú)星系(xì)团的运(yùn)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(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可(kě)见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基(jī)发现星系(xì)团中很多星系的速度比理论上要(yào)快得多(duō)，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星系的(de)质量所(suǒ)产生(shēng)的引力是无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早(zǎo)就(jiù)应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量(liàng)在起作用，这种力(lì)量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它(tā)们(men)却占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的人(rén)们对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”美国各州的缩写是什么，美国各州缩写英文字母这(zhè)个词(cí)才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结(jié)果(guǒ)却让人感到不可思议(yì)。

随着(zhe)与中心距(jù)离(lí)的增加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度(dù)几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足(zú)够大(dà)的(de)质量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了(le)。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来(lái)解释暗物质的存(cún)在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认(rèn)为(wèi)是由暗物质的力量进(jìn)入其(qí)中。

于是科(kē)学家们通过射电望远(yuǎn)镜测(cè)量了(le)距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学(xué)定律。我们(men)的(de)太阳(yáng)系也不例(lì)外(wài)，太阳系位于银河系的第(dì)三(sān)悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力(lì)定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个实(shí)际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心(xīn)加(jiā)速度的原因很(hěn)可能(néng)就是存在着一种我们(men)看不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相信暗物质(zhì)的存在。科(kē)学家根据星系外恒(héng)星(xīng)轨道的速度，估(gū)算在(zài)星系(xì)当中暗物质的(de)质量占整个星系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一(yī)可(kě)以(yǐ)解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也会(huì)出现速度上的(de美国各州的缩写是什么，美国各州缩写英文字母)微小差异。另外(wài)，天文学(xué)家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河(hé)系不多，但(dàn)是星系当中存在(zài)的恒(héng)星数量(liàng)却只有银河(hé)系(xì)的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物(wù)质，否(fǒu)则就(jiù)会分崩(bēng)离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细(xì)测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动(dòng)是可以用(yòng)正常的物(wù)质和(hé)力学(xué)定律来解释的。那么又(yòu)有人(rén)提出，也许该(gāi)星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近(jìn)的(de)另一(yī)个大星系(xì)剥离(lí)了(le)。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系(xì)存(cún)在。造(zào)成(chéng)这些现象的除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种可能就是人(rén)类(lèi)对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的(de)工作方式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的(de)天体会(huì)沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的(de)方式运(yùn)动。但是上升(shēng)到星系(xì)和星团(tuán)的尺度(dù)，引力之(zhī)间的相互作用则是不(bù)同的方(fāng)式。对于(yú)在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入(rù)了(le)外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是在数(shù)百万光年的(de)规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这意味着我们(men)需要(yào)对(duì)现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人(rén)认为暗物质(zhì)假说理论就此(cǐ)终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存(cún)在的其他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没(méi)法解释的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的(de)星(xīng)系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星(xīng)系的气(qì)体(tǐ)当中。当(dāng)星团(tuán)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(jiù)会导致温度的(de)急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部(bù)分的质(zhì)量将(jiāng)位于所有这些(xiē)气(qì)体所在的中(zhōng)间区域。那(nà)么我们通(tōng)过(guò)什么(me)来验(yàn)证它的质量区(qū)域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空望远镜(jìng)传回了(le)宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照片中我们(men)可以明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的(de)形变。其实这(zhè)些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大(dà)质(zhì)量的东西的引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方法就(jiù)是当(dāng)星团发生全(quán)部的(de)碰撞时，可(kě)被观测到的质量(liàng)气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了(le)引力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜(jìng)研究(jiū)也被(bèi)认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留下(xià)了各(gè)相(xiāng)同性的微波(bō)辐射。其(qí)中红(hóng)色的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域(yù)，但实(shí)际上它们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有万(wàn)分之(zhī)一(yī)。

科学家们(men)通过(guò)对前景背景(jǐng)分离后(hòu)的二值图像进行连通域(yù)提取和标(biāo)记(jì)之(zhī)后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来(lái)不应(yīng)该(gāi)是这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需(xū)要的(de)暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就很好(hǎo)地(dì)解(jiě)释了很多不同(tóng)的观测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁(cí)作用(yòng)，只通过引力(lì)来相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)。所以如果(guǒ)能够(gòu)找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗物质存(cún)在的(de)实际证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经(jīng)提出(chū)了(le)数十种的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻找这(zhè)些不同(tóng)的目标粒(lì)子所需(xū)要的(de)实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人(rén)类为了寻(xún)找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物质(zhì)相互作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次(cì)的实验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了(le)一个地方(fāng)，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上最大的(de)地(dì)学(xué)实验室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探(tàn)测器，一(yī)直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观(guān)测到了某种信号。经过了(le)20多(duō)年的数据收集，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然后在(zài)11月(yuè)降到最低，而且在20年(nián)当中(zhōng)每年都是一样(yàng)。一(yī)些科学家认(rèn)为这可能是(shì)人类发现暗物(wù)质(zhì)的(de)第一个(gè)直接证(zhèng)据。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太(tài)阳系正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我们也(yě)在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程(chéng)中(zhōng)会产生相应的(de)振荡，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒(miǎo)的(de)速(sù)度(dù)围绕太(tài)阳进行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系的方向是(shì)一致的，而(ér)另外半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的(de)时候，地球与太阳的(de)方(fāng)向正(zhèng)好达到完全一(yī)致(zhì)，这是理论上地(dì)球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不(bù)影响这个理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可(kě)以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测到的周期性(xìng)信号。当(dāng)然(rán)也可能(néng)有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成(chéng)这(zhè)种年度周期信号(hào)的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客的数(shù)量也符合这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立了一(yī)个几乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可以得到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质所存在(zài)的(de)非常有力的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚(gāng)建成不久，所以(yǐ)截至目(mù)前(qián)还(hái)无法(fǎ)提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的(de)视(shì)野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望远镜其中一(yī)个关键的(de)用(yòng)途就是(shì)探(tàn)索(suǒ)暗物(wù)质(zhì)背后的奥(ào)秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒(lì)子(zi)天体物理中心(xīn)的科学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森(sēn)斯(sī)特(tè)芬研究发现，如果暗(àn)物(wù)质存在(zài)，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说是生命(mìng)进化(huà)的一个(gè)重要因素。

如(rú)果(guǒ)这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗物(wù)质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造生命(mìng)。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大前(qián)提是(shì)要先(xiān)找到暗物质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴们(men)，你们(men)觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的(de)支持是我更新(xīn)的动力！

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