宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科(kē)学家们在过去(qù)的几(jǐ)十年当中进(jìn)行(xíng)了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原(yuán)理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动(dòng)的(de)规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就(jiù)通过(guò)天王星运行(xíng)轨(guǐ)道(dào)的异(yì)常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是应(yīng)用万有(yǒu)引力(lì)定律所取得(dé)重大天文成就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发(fā)现都(dōu)是在恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是(shì)星团(tuán)的(de)尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异(yì)了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数千(qiān)个星系所组成的巨(jù)大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系团的(de)质量一般会使用到(dào)两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致(zhì)，就(jiù)可(kě)以(yǐ)确定其质量的(de)范围。

第一种是获得(dé)其"光度(dù)学的质量"，需要(yào)的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种是(shì)动力(lì)学质(zhì)量的(de)计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系(xì)团中的各个星系相对于星系团(tuán)的运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系(xì)团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这(zhè)99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们(men)无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是，在测量速(sù)度(dù)的(de)过程中，兹(zī)威基(jī)发现星系团(tuán)中很(hěn)多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动(dòng)学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产(chǎn)生(shēng)的引力是无法将它们束缚(fù)在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的(de)力(lì)量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形(xíng)的物(wù)质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见的暗(àn)质，它不(bù)发(fā)散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测(cè)仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的(de)恒(héng)星在其轨道(dào)上的运行速度(dù)就会(huì)越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到(dào)不(bù)可思(sī)议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质(zhì)量来(lái)吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们(men)会使(shǐ)用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方(fāng)法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法(fǎ)就是测(cè)量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系(xì)中心的距离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科(kē)学(xué)家们通过射电(diàn)望远镜测(cè)量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于(yú)银(yín)河系的第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度应(yīng)该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际(jì)上(shàng)，太(tài)阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生以上(shàng)这种向心加(jiā)速度的原(yuán)因(yīn)很可能(néng)就是(shì)存在(zài)着(zhe)一(yī)种(zhǒng)我们(men)看(kàn)不到(dào)的物质(zhì)，是(shì)这些暗物质的引力效应将星(xīng)系聚(jù)集在了(le)一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员(yuán)开(kāi)始相(xiāng)信暗(àn)物质的存在。科学(xué)家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗(àn)物质的质量(liàng)占整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不是唯一可以解释这个现象的(de)原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究当中，科(kē)学家们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家(jiā)还发(fā)现(xiàn)了(le)一个反常的(de)星(xīng)系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年(nián)，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多(duō)，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却只有银河(hé)系的千分之一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会(huì)分崩离析。但是科(kē)学(xué)家(jiā)们使用最先(xiān)进的(de)望(wàng)远镜对(duì)其进行了40个小(xiǎo)时(shí)的(de)详细测(cè)量(liàng)之后，发现星系中的(de)恒星运动(dòng)是可以用正(zhèng)常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的(de)另一个(gè)大星(xīng)系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附(fù)近没有任(rèn)何星系存在。造成(chéng)这些现象的(de)除了暗(àn)物质的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类对(duì)引力的理解还(hái)不够全(quán)面，引力很可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作方式是(shì)不同(tóng)的，这意(yì)味着在行(xíng)星系尺度中的(de)天体会沿着它(tā)们(men)的(de)轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是(shì)上升到(dào)星系和(hé)星团的尺度，引力(也傍桑阴学种瓜中的傍是什么意思，也傍桑阴学种瓜的傍是什么意思句lì)之间(jiān)的(de)相互作用则是不(bù)同的方(fāng)式。对于在星系团之间的相互(hù)作(zuò)用，科(kē)学(xué)家还引入了外(wài)部场效应的概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大(dà)的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我(wǒ)们需(xū)要对现在的物(wù)理定律进(jìn)行修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质假说理论就此终结(jié)。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德(dé)理论(lùn)所没法解释的“引力(lì)透(tòu)镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光(guāng)年的(de)子(zi)弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似(shì)这样的(de)星团(tuán)，它们大(dà)部分的普通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际(jì)气体的相互作用就会导致(zhì)温度的(de)急(jí)剧升高，速度大(dà)幅(fú)降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)大部(bù)分(fēn)的质量将位于(yú)所有这(zhè)些气(qì)体所在的中(zhōng)间区域。那(nà)么(me)我们通(tōng)过什么来(lái)验证它的质量区域到(dào)底是不(bù)是集(jí)中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我(wǒ)们(men)可以明显(xiǎn)地看(kàn)到(dào)很(hěn)多星(xīng)系似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了(le)巨大的(de)形变。其实这些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什(shén)么问(wèn)题，而是这样极遥(yáo)远的天(tiān)体(tǐ)和(hé)我们地(dì)球上(shàng)的(de)观(guān)测者(zhě)之间。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个(gè)巨大的天体(tǐ)可(kě)能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们(men)对子弹星系团观测的时候，发(fā)现(xiàn)它的大质量区域并不(bù)是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团(tuán)发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡(kǎ)在(zài)了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直接通过了这个(gè)区域，并在两(liǎng)边(biān)形(xíng)成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物(wù)质(zhì)存在的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了(le)130多(duō)亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温(wēn)度(dù)较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的(de)区域，但实际上它们之(zhī)间的温(wēn)差(chà)只有万分之(zhī)一。

科学家们(men)通过对前(qián)景背景分离后的二值图像进行连(lián)通域(yù)提(tí)取和标记之(zhī)后发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应(yīng)该(gāi)是这样的(de)，而随着(zhe)暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐射的测(cè)量值，我们需要(yào)的暗物质(zhì)大(dà)约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解(jiě)释(shì)星系当(dāng)中恒星运动所需(xū)要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好(hǎo)地解(jiě)释了很多不同的(de)观测结(jié)果(guǒ)。而(ér)暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子(zi)，它们(men)不参(cān)与任何其他的电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所以如(rú)果能(néng)够(gòu)找到这种粒(lì)子的存(cún)在，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的(de)实际(jì)证据。这(zhè)种粒子到(dào)底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十(shí)种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要寻(xún)找这些不同的目(mù)标(biāo)粒子所(suǒ)需要的(de)实验方式也(yě)不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这些看不见(jiàn)、摸(mō)不(bù)到，几乎不会(huì)与常规物质相(xiāng)互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经进行(xíng)了超(chāo)过50次(cì)的实验，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一个地方，意大利的(de)格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地(dì)球上最(zuì)大(dà)的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三(sān)层楼高的(de)探测器(qì)，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了(le)20多(duō)年(nián)的数据收集，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在(zài)每年的6月份达到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月(yuè)降到(dào)最低，而且在20年当中(zhōng)每(měi)年都是一(yī)样。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发现暗(àn)物质的第一(yī)个(gè)直(zhí)接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质(zhì)存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味(wèi)着我们也在以这(zhè)样的速度(dù)在(zài)穿越着暗物质(zhì)流，这个(gè)过(guò)程中会产生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时(shí)地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系(xì)的方向是一(yī)致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全一致，这是理论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在实际(jì)的情况中，太(tài)阳系相对(duì)银(y也傍桑阴学种瓜中的傍是什么意思，也傍桑阴学种瓜的傍是什么意思句ín)河系的(de)平面呈现了60度(dù)的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解(jiě)释，研究人员(yuán)们所观(guān)测到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当(dāng)然也可能有其(qí)他(tā)的情况，造成这种年度周期信(xìn)号(hào)的差异也(yě)可能是温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利(lì)游(yóu)客的数量也符合这个周(zhōu)期的(de)规(guī)律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们(men)又在南半球建立了一个(gè)几乎(hū)相同的(de)实(shí)验室(shì)，这里(lǐ)的(de)季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第一(yī)个实(shí)验室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可(kě)以(yǐ)得到相同的(de)信号，就可以(yǐ)成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这(zhè)个实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台新(xīn)的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼(màn)太(tài)空(kōng)望远镜(jìng)其中一个关键的用(yòng)途就(jiù)是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗(àn)物(wù)质(zhì)效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如果这一(yī)理论(lùn)得(dé)到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类并不(bù)孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当中某个(gè)角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效(xiào)应(yīng)创造生命。当然，这(zhè)些(xiē)推论的大前提是要(yào)先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是(shì)我更(gèng)新的(de)动力！

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