宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学(xué)无法解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人(rén)类(lèi)为了寻找暗物(wù)质存在的证(zhèng)据，科学家们(men)在过去(qù)的几十年当中(zhōng)进行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是却没(méi)有发现任何(hé)的(de)有效证(zhèng)据。除了一个地(dì)方，在1687年(nián)出版的自然哲学数(shù)学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力(lì)定(dìng)律，它(tā)揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的(de)规律(lǜ)。往后的(de)几百年来(lái)，当天(tiān)文(wén)学家们发现某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异(yì)常，不符合(hé)万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道，周围一(yī)定(dìng)有未知(zhī)的天体通(tōng)过引力(lì)在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通(tōng)过天王(wáng)星运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并且发(fā)现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引力定律所取得(dé)重(zhòng)大天文(wén)成就的例(lì)子。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了(le)。

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1933年(nián)，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力(lì)束缚(fù)在一(yī)起。测量星系团的(de)质(zhì)量(liàng)一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)结果一致，就(jiù)可以确定其质量(liàng)的(de)范围(wéi)。

第一(yī)种是获得(dé)其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据(jù)是测量各个星系(xì)的光(guāng)度。

第(dì)二种是动(dòng)力学质量的(de)计(jì)算，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各(gè)个星(xīng)系(xì)相(xiāng)对于星系团(tuán)的运动(dòng)速度。当测量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵(měng)了(le)，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无(wú)法看(kàn)到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速(sù)度(dù)的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很(hěn)多(duō)星系的速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的(de)运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系的质量(liàng)所产生(shēng)的引(yǐn)力是无(wú)法将它们(men)束缚(fù)在星系团内的(de)，它们(men)早就应(yīng)该被抛出星系(xì)团(tuán)之(zhī)外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分的质量(liàng)。只是当时的人(rén)们对(duì)这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才(cái)再一(yī)次出(chū)现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的(de)恒(héng)星运动。理论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越远的恒(héng)星(xīng)在(zài)其轨道上的运行(xíng)速度(dù)就会(huì)越慢。但是他们观(guān)测的结(jié)果却让(ràng)人感到(dào)不可思议。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是(shì)根(gēn)据(jù)牛顿的万有引力(lì)定(dìng)律，在星系当中如果没有足(zú)够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家们会使用一种相对(duì)标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在(zài)，这种方法(fǎ)就是测(cè)量星系当(dāng)中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的(de)旋转速度。如(rú)果出现异常的结(jié)果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗物(wù)质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离(lí)星系中心(xīn)更远距离的(de)氢元素(sù)，发现(xiàn)它(tā)们的旋(xuán)转速(sù)度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系(xì)也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度(dù)远远大于(yú)理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能(néng)就(jiù)是存在着一种我们看不到的物质，是(shì)这些暗物质的引力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时(shí)开始(shǐ)，越来越多的研究人(rén)员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学(xué)家根据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算(suàn)在星系(xì)当中(zhōng)暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这(zhè)个现象的原因。在一(yī)项新的研(yán)究(jiū)当中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度(dù)上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现了(le)一个反(fǎn)常(cháng)的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有银河系(xì)的千分之(zhī)一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜对其(qí)进行了(le)40个(gè)小时(shí)的(de)详细测量之(zhī)后(hòu)，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动是可以用正常的物质(zhì)和力(lì)学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出(chū)，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质(zhì)，已经被附(fù)近的另一个大(dà)星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任何(hé)星系(xì)存在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的(de)除了暗物质的假说(shuō)之(zhī)外(wài)，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还(hái)不(bù)够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的(de)工作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们(men)的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到(dào)星系(xì)和(hé)星团的(de)尺度，引力(lì)之(zhī)间的(de)相互作(zuò)用(yòng)则是不同的(de)方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了(le)外部(bù)场效(xiào)应的概念，指的是在(zài)数(shù)百(bǎi)万光年的规(guī)模上，巨大的质量之间会(huì)产(chǎn)生对(duì)彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现在的物理(lǐ)定(dìng)律进行修正，这些(xiē)发现也让很多(duō)人(rén)认为暗物质假说(shuō)理论就(jiù)此终结(jié)。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还有关于(yú)暗物(wù)质存在的其他的(de)理论(lùn)证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类(lèi)似(shì)这(zhè)样的星团，它们(men)大部分的普通质量都(dōu)在星系的气体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅(fú)降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分(fēn)的质量将位(wèi)于(yú)所有这些气体(tǐ)所在的中间区域(yù)。那么我(wǒ)们(men)通过什么来验证它的(de)质(zhì)量区(qū)域到(dào)底是(shì)不是集中在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全(quán)彩的高(gāo)清照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地看到很(hěn)多星系似乎(hū)被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身(shēn)并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了(le)什(shén)么问题，而(ér)是这样极遥(yáo)远的天体和(hé)我们(men)地球上的观测者之(zhī)间。被(bèi)一个质量超(chāo)级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质(zhì)量的东(dōng)西的引(yǐn)力，会使身后(hòu)更(gèn长岛冰茶好喝吗，十大断片鸡尾酒酒排名g)遥远星系(xì)的光都发生了(le)扭曲。这个现象就(jiù)是(shì)引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子(zi)弹星(xīng)系团观测的时候(hòu)，发(fā)现它的大(dà)质(zhì)量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到的(de)质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物(wù)质则直接通过了这个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为止最(zuì)好的理(lǐ)论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可(kě)见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过(guò)了(le)130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了(le)各相同性(xìng)的微(wēi)波辐射。其(qí)中红色的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷(lěng)的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分(fēn)之一(yī)。

科学家们(men)通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图(tú)像(xiàng)进行连通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起(qǐ)来不(bù)应(yīng)该是这样的，而随(suí)着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一些峰值的(de)幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解(jiě)释星系当(dāng)中恒星(xīng)运动(dòng)所需(xū)要的暗物质比例是(shì)一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地(dì)解(jiě)释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中(zhōng)存(cún)在(zài)着某种类型的(de)粒子，它们不参与任何其他的(de)电磁作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于(yú)找到了(le)暗物质(zhì)存在(zài)的实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子(zi)所需要的实验方式也不(bù)相同。在过去的几十年(nián)当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科(kē)学(xué)家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质(zhì)性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的(de)格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室(shì)，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三(sān)层楼高的探测器，一直致(zhì)力(lì)于(yú)寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒(lì)子的(de)周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了(le)某种信(xìn)号。经过了20多年的(de)数据收集，人们发现(xiàn)了(le)一个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月(yuè)份达(dá)到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是人类发(fā)现暗(àn)物质的第(dì)一个直(zhí)接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的(de)速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速(sù)度在(zài)穿越着暗物质流，这个(gè)过(guò)程中会(huì)产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而(ér)另(lìng)外(wài)半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而(ér)在(zài)6月份(fèn)的时候，地(dì)球与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完(wán)全一(yī)致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流(liú)最(zuì)快的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系(xì)相对银(yín)河系的平(píng)面呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影(yǐng)响这个理论(lùn)的有效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为(wèi)这可以用来解释(shì)，研究人员们所观测到(dào)的周期性信号(hào)。当(dāng)然也可(kě)能有其他的情况，造成这种年(nián)度(dù)周期信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山(shān)上的(de)积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大利游(yóu)客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球(qiú)建立了一个(gè)几乎(hū)相同的(de)实验(yàn)室(shì)，这里(lǐ)的(de)季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征和第一个(gè)实(shí)验(yàn)室是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存(cún)在的非(fēi)常有力的(de)证(zhèng)据了。但是由于这(zhè)个(gè)实(shí)验室(shì)刚刚建成不久，所以截(jié)至(zhì)目前(qián)还无(wú)法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的(de)望(wàng)远镜(jìng)，这台太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的(de)宽视场仪器提(tí)供的视野(yě)是(shì)哈勃红外仪器的(de)100倍。南(nán)希(xī)格雷(léi)斯罗(luó)曼太(tài)空望(wàng)远镜其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭(shì)目以(yǐ)待了。费(fèi)米实验室粒子(zi)天(tiān)体物理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的(de)效(xiào)应(yīng)，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者(zhě)说是生(shēng)命(mìng)进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一(yī)步的(de)证实(shí)，那么(me)遍(biàn)布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤(gū)单呢(ne)？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质正在通过这样的(de)效应创(chuàng)造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存(cún)在的实际(jì)证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更(gèng)新的(de)动力！

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