宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何(hé)的有效(xiào)证据。除(chú)了一(yī)个地(dì)方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发(fā)表了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动(dòng)的(de)规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家(jiā)们(men)发现某些天体运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符合万有引力(lì)定律(lǜ)的(de)时候，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围一(yī)定有(yǒu)未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的(de张都监是什么级别的官，水浒官职品级一览表)异常，推(tuī)算并且发现了(le)海(hǎi)王星的(de)存在。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都是应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)所(suǒ)取得重(zhòng)大天文(wén)成就的例子。但(dàn)是这(zhè)些发现都是在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到(dào)星系或者是星(xīng)团(tuán)的(de)尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星系团的(de)质量。这是一个(gè)由数(shù)千个(gè)星系所组(zǔ)成的(de)巨(jù)大星系(xì)团(tuán)，这(zhè)些星系被(bèi)引(yǐn)力(lì)束缚(fù)在一起。测量星系团的(de)质量一般会(huì)使用(yòng)到(dào)两(liǎng)种方法，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可(kě)以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是(shì)获得(dé)其(qí)"光度学(xué)的质量(liàng)"，需要(yào)的(de)数据是测量各个(gè)星系(xì)的光度。

第二种是动力(lì)学(xué)质(zhì)量的计算，是(shì)利(lì)用光谱红(hóng)移(yí)测量(liàng)星系团中的各个(gè)星系相对于星系团的(de)运动速(sù)度。当测量结(jié)果出来(lái)之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是(shì)“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发(fā)座星(xīng)系团有99%的质量(liàng)消失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的(de)质量并不以(yǐ)可见光的形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的(de)过程(chéng)中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星(xīng)系的速度比理论(lùn)上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星(xīng)系的(de)质量所产生的引力(lì)是(shì)无法将它们束缚在星系团内的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出(chū)了这样部分(fēn)不(bù)可见的暗质，它不发(fā)散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物(wù)质(zhì)”这个词才(cái)再(zài)一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在(zài)其轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但是(shì)他(tā)们观测的结果却(què)让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的(de)旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万(wàn)有引力定律，在(zài)星系当中如果没有(yǒu)足(zú)够大的质量(liàng)来(lái)吸引它们，这些(xiē)外(wài)围的恒星早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当中了(le)。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学家们会使(shǐ)用(yòng)一种相(xiāng)对标准的方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是(shì)测量(liàng)星(xīng)系当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结(jié)果，就认为是(shì)由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入(rù)其中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通过射电(diàn)望远镜(jìng)测(cè)量了(le)距离星系中(zhōng)心(xīn)更远距(jù)离(lí)的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有引力定律(lǜ)进行计(jì)算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度(dù)远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心(xīn)加速度(dù)的原因(yīn)很可(kě)能就是存在着一(yī)种(zhǒng)我们看不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也(yě)是从(cóng)这(zhè)时(shí)开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研究(jiū)人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒(héng)星轨道的速(sù)度，估(gū)算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星(xīng)系质量的(de)85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在(zài)一项新(xīn)的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外(wài)，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离(lí)地球大(dà)约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星(xīng)系(xì)当中存在(zài)的恒星数量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须(xū)存(cún)在暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了(le)40个小(xiǎo)时(shí)的(de)详(xiáng)细测(cè)量(liàng)之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是(shì)可以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释的。那么(me)又(yòu)有人提出，也许该星(xīng)系的(de)暗(àn)物质(zhì)，已经被(bèi)附近的另(lìng)一个大星系剥(bō)离了(le)。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成这些(xiē)现象的除(chú)了暗物(wù)质(zhì)的(de)假说之外，另一(yī)种可(kě)能就(jiù)是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同(tóng)尺度(dù)空间中的工(gōng)作方式是不同(tóng)的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿(yán)着(zhe)它(tā)们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的(de)方式(shì)运(yùn)动。但是(shì)上升(shēng)到星系和(hé)星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的(de)方(fāng)式。对于在星系(xì)团之间(jiān)的相互作用，科学家还引(yǐn)入(rù)了外部(bù)场效应的概(gài)念，指的是(shì)在数(shù)百(bǎi)万(wàn)光年的规(guī)模上(shàng)，巨大的(de)质量(liàng)之间会产生对(duì)彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我(wǒ)们需要对现在(zài)的物(wù)理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现(xiàn)也(yě)让很多人认为暗物(wù)质假说理论就(jiù)此终结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关于(yú)暗物(wù)质存(cún)在的(de)其(qí)他的理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没法解(jiě)释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星(xīng)团，它们大(dà)部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际(jì)气体的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)就(jiù)会导致(zhì)温度的急(jí)剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部(bù)分的(de)质量将位于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那(nà)么我们通过什么来验证它(tā)的质(zhì)量区域到底是不是(shì)集(jí)中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传(chuán)回(huí)了宇(yǔ)宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在(zài)照(zhào)片中我们可以明显地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨大的形(xíng)变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而是这样(yàng)极遥远的(de)天体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被(bèi)一(yī)个质量超级巨(jù)大的(de)天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们(men)对子弹星系(xì)团(tuán)观测的时候，发现它(tā)的大质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最(zuì)好(hǎo)的解释方(fāng)法就是(shì)当(dāng)星团(tuán)发生(shēng)全(quán)部(bù)的碰撞时，可被观测到(dào)的(de)质量气体被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物(wù)质则直接通过(guò)了(le)这个区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的(de)引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认(rèn)为是暗(àn)物(wù)质存在的迄(qì)今为止最好的理论(lùn)证据(jù)。

除此之外(wài)，还有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了(le)130多亿年(nián)之后，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景(jǐng)上留下了各相同性(xìng)的(de)微(wēi)波辐射。其(qí)中红色的部分(fēn)表(biǎo)示温(wēn)度较(jiào)高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的(de)二值图像(xiàng)进行连通域提取(qǔ)和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物质大约(yuē)是(shì)普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动(dòng)所需要的暗(àn)物质比(bǐ)例(lì)是(shì)一致(zhì)的(de)。这就意味(wèi)着。

用了(le)一个简单的理论(lùn)框架(jià)，就很好地解释了很多不同的观测(cè)结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型(xíng)的粒(lì)子，它们(men)不(bù)参与任(rèn)何其他的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相互(hù)作用。所以如(rú)果能(néng)够找到这种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就(jiù)相(xiāng)当于(yú)找到(dào)了(le)暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。这种粒子到(dào)底是(shì)什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不同(tóng)的目标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同。在过(guò)去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几(jǐ)乎(hū)不会与(yǔ)常规物质相互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却(què)没(méi)有任何实质性的发现，除了(le)一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的(de)地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个(gè)三层(céng)楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的(de)科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人(rén)们(men)发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的(de)6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后在11月降(jiàng)到(dào)最低，而且在20年(nián)当中每年都(dōu)是一样(yàng)。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗物质的第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这(zhè)意味(wèi)着我们(men)也在以这样的(de)速度在穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太阳进行(xíng)旋(xuán)转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太(tài)阳(yáng)的方(fāng)向与太阳环绕(rào)银河系的(de)方(fāng)向是(shì)一致(zhì)的，而另外半年则与(yǔ)之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的时(shí)候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正好达(dá)到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了(le)最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的(de)有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的(de)周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的情况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期信号(hào)的(de)差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山(shān)上(shàng)的积(jī)雪(xuě)，甚至连意(yì)大利游客的数(shù)量也符(fú)合这个周期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又在(zài)南半球建立了一个几乎相同的(de)实验室，这里(lǐ)的(de)季节与之(zhī)前的实验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运(yùn)动特(tè)征和第一(yī)个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的(de)非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验(yàn)室刚刚建成(chéng)不(bù)久(jiǔ)，所(suǒ)以截至(zhì)目前(qián)还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台(tái)太空望(wàng)远镜(jìng)叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键的(de)用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物(wù)质存在，它们(men)极有可(kě)能拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗(àn)物质会(huì)不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应(yīng)创造生命。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前提是要先(xiān)找到暗(àn)物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们(men)觉得(dé)暗(àn)物(wù)质到底存(cún)不存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新的(张都监是什么级别的官，水浒官职品级一览表de)动(dòng)力！

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