宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存(cún)在科学(xué)无(wú)法解(jiě)释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类(lèi)为(wèi)了(le)寻找暗物质存(cún)在(zài)的(de)证据，科学(xué)家们在过(guò)去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的(de)长期实(shí)验，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一(yī)书(shū)中，埃(āi)萨克(kè)牛顿(dùn)发(fā)表(biǎo)了(le)万(wàn)有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的(de)几(jǐ)百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定律的(de)时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的(de)天体通过引力(lì)在(zài)摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发(fā)现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发(fā)现(xiàn)都是应用万(wàn)有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的(de)例子(zi)。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在(zài)恒星系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当我们上(shàng)升到(dào)星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学(xué)家弗里茨(cí)兹(zī)威基正在(zài)研究和测(cè)量后(hòu)发星系团的质量。这(zhè)是一个由数千个(gè)星(xīng)系所(suǒ)组成的(de)巨大星系(xì)团，这些星系(xì)被引力束缚(fù)在一起。测量星(xīng)系团的(de)质量一般会使(shǐ)用到(dào)两种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学(xué)质量的计(jì)算，是利用光谱红移(yí)测量星系(xì)团中的各个星系相对于星系(xì)团的(de)运动速(sù)度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并不以可见光(guāng)的形(xíng)式所(suǒ)存(cún)在，我们无(wú)法看(kàn)到。最诡异(yì)的是，在测量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星系的速(sù)度比(bǐ)理论上(shàng)要(yào)快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学(xué)定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见星系的质(zhì)量所产生的引力是(shì)无法(fǎ)将它(tā)们束缚在星(xīng)系团(tuán)内(nèi)的(de)，它们早就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除(chú)非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力(lì)量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了这样部(bù)分不(bù)可(kě)见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但是它们(men)却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时(shí)的人们对这(zhè)样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙(xiān)女座星系中的(de)恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的(de)运行速度(dù)就会越慢。但是他们观(guān)测的(de)结果却(què)让人感到不(bù)可思(sī)议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不(bù)变。可是根据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)，在(zài)星(xīng)系当中如果(guǒ)没有足够大(dà)的质量来吸(xī)引(yǐn)它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象(xiàng)，科学家们(men)会(huì)使用一种相对标(biāo)准的方法来解释(shì)暗物质(zhì)的(de)存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气(qì)体在(zài)X轴上距离星系(xì)中心的(de)距离，以及在Y轴上气(qì)体的(de)旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的(de)力(lì)量(liàng)进入其中。

于是科学家们(men)通过(guò)射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离(lí)星系中心更(gèng)远距离(lí)的(de)氢元素，发现它们(men)的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力(lì)学(xué)定律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河(hé)系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的运行速(sù)度(dù)应该是160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那么产生以(yǐ)上(shàng)这(zh新郎自己睡过的床能当婚床吗，结婚前老公自己睡的床要换吗è)种向(xiàng)心加速度的原因(yīn)很可能就是存(cún)在(zài)着一种我们看不(bù)到的物(wù)质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集在(zài)了一(yī)起。

也是从这时开始，越来(lái)越多(duō)的研究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据(jù)星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质(zhì)的(de)质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项新的(de)研究当中，科(kē)学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会出现速度(dù)上的微小差异。另(lìng)外(wài)，天文学(xué)家还发现了(le)一个(gè)反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河(hé)系不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星(xīng)系(xì)必须存在(zài)暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对其进行了(le)40个小时的(de)详(xiáng)细(xì)测量之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星运动是可以(yǐ)用(yòng)正常(cháng)的(de)物质和力(lì)学定律来(lái)解释的。那么又有人提(tí)出(chū)，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成这些现象(xiàng)的(de)除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工(gōng)作(zuò)方式(shì)是(shì)不(bù)同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的(de)天(tiān)体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们(men)所理解的(de)方式运动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是不同的方(fāng)式。对于在星系团之间的(de)相(xiāng)互作用(yòng)，科学家(jiā)还引入了外部场效应的(de)概念，指的(de)是在数(shù)百万光年的规模上(shàng)，巨大的(de)质量(liàng)之间会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味(wèi)着我们需(xū)要对现在的物理定律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让很多人(rén)认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理论(lùn)证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类(lèi)似这样(yàng)的(de)星(xīng)团(tuán)，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系的(de)气体当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的(de)相(xiāng)互作(zuò)用就会导致(zhì)温(wēn)度的(de)急(jí)剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹(dàn)星系(xì)团大部分(fēn)的质(zhì)量将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所在(zài)的(de)中间区域。那(nà)么我们(men)通过什么来验(yàn)证(zhèng)它的质(zhì)量(liàng)区域到底是不是集中在中(zhōng)间(jiān)呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一(yī)张全(quán)彩(cǎi)的高清照(zhào)片(piàn)，在照片(piàn)中(zhōng)我们(men)可以明显地看(kàn)到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变(biàn)。其实这些(xiē)星系本身并不是真的(de)被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什(shén)么(me)问题，而是(shì)这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我们(men)地球上的(de)观(guān)测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大(dà)的天(tiān)体遮挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东(dōng)西的(de)引(yǐn)力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可(kě)新郎自己睡过的床能当婚床吗，结婚前老公自己睡的床要换吗能是超大(dà)质量的黑(hēi)洞或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的(de)大(dà)质量(liàng)区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释(shì)方法就(jiù)是(shì)当(dāng)星团发生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在(zài)了中间，暗物质则(zé)直接通(tōng)过(guò)了这个区(qū)域，并在(zài)两边形成了引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹星系(xì)团的(de)引(yǐn)力透镜(jìng)研究(jiū)也被认(rèn)为是(shì)暗物质存在的迄今为(wèi)止最(zuì)好的(de)理论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见(jiàn)光终于(yú)可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐射(shè)。其(qí)中(zhōng)红色(sè)的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区(qū)域，但实(shí)际上它们之间的温(wēn)差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科(kē)学家们(men)通过对前景背景分离(lí)后(hòu)的二(èr)值图像进(jìn)行(xíng)连通域提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图(tú)形(xíng)看起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的(de)增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐(fú)射(shè)的测量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释(shì)星系当中恒星运动(dòng)所需要的(de)暗(àn)物质比例(lì)是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一(yī)个简单的理论框架(jià)，就(jiù)很(hěn)好地解释了很多不同的观(guān)测结果。而(ér)暗物质的本(běn)质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着(zhe)某种类型的(de)粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其他(tā)的电磁(cí)作用，只通过(guò)引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够(gòu)找到这(zhè)种粒(lì)子的存(cún)在，就相当于找到(dào)了暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。这(zhè)种粒子(zi)到(dào)底是什么(me)？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所需要(yào)的实验方式也不(bù)相同。在过去的几十年当中，人(rén)类为(wèi)了寻(xún)找这些看不见、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们(men)已(yǐ)经进行了超过50次的实验(yàn)，却没(méi)有任何实(shí)质性的发现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意大(dà)利(lì)的格兰萨(sà)索山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下(xià)1400米处(chù)的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大(dà)的(de)地学实验室，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到了(le)某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集，人们发(fā)现(xiàn)了(le)一(yī)个(gè)有趣的事情。探测率(lǜ)会在每(měi)年的6月份达到(dào)峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且(qiě)在(zài)20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物质的第一个(gè)直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会(huì)产生周期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着(zhe)银河系进行移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着(zhe)我们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过(guò)程中会(huì)产生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时(shí)地球又以30公新郎自己睡过的床能当婚床吗，结婚前老公自己睡的床要换吗里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的(de)方向与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系的方向(xiàng)是(shì)一致的，而另外半(bàn)年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向(xiàng)正好(hǎo)达到完(wán)全(quán)一致，这(zhè)是(shì)理论(lùn)上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相(xiāng)对(duì)银河(hé)系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度(dù)的倾(qīng)斜(xié)，但(dàn)是(shì)这并不影响(xiǎng)这(zhè)个理论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认(rèn)为(wèi)这可以用来解(jiě)释，研究人员们(men)所观测到的周期性信号。当然(rán)也(yě)可能有其(qí)他的(de)情况，造成(chéng)这种年度周期信(xìn)号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也符(fú)合这个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在南(nán)半球建(jiàn)立了(le)一(yī)个(gè)几(jǐ)乎相同的实(shí)验室(shì)，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运(yùn)动特征和第一个实(shí)验室是(shì)一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可(kě)以(yǐ)得到(dào)相同的信号，就可(kě)以成为(wèi)暗物(wù)质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截(jié)至目(mù)前还无(wú)法提供相应的数据(jù)支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太(tài)空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键(jiàn)的用途就是探索(suǒ)暗(àn)物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于探测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费米实验室(shì)粒子天(tiān)体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研究发(fā)现，如果暗物(wù)质存在(zài)，它(tā)们极有可能(néng)拥有(yǒu)另一种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应(yīng)，会(huì)支持(chí)宇宙当(dāng)中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进(jìn)化的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得到(dào)进(jìn)一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会(huì)不(bù)会(huì)意味着人(rén)类并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗物(wù)质正在通(tōng)过这样的效应创造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大前(qián)提是要先找到暗物质存在的实(shí)际(jì)证(zhèng)据(jù)。那么小伙伴们(men)，你们觉(jué)得(dé)暗物质到底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞(zàn)，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新(xīn)的动力！

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