宇宙是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会(huì)存(cún)在科学无法解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟是什(shén)么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在(zài)过去的(de)几十年当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现任何的有效证据(jù)。除了一个(gè)地(dì)方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家(jiā)们(men)发现某些天(tiān)体运行(xíng)轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体通(tōng)过引力(lì)在摄(shè)动它(tā)的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶(yé)就(jiù)通过(guò)天王星(xīng)运(yùn)行轨(guǐ)道(dào)的异(yì)常，推(tuī)算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应(yīng)用(yòng)万有引力定(dìng)律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当(dāng)我们上升(shēng)到星系或者是(shì)星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就(jiù)开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和(hé)测量后发(fā)星系团的质量。这(zhè)是一个由(yóu)数(shù)千(qiān)个(gè)星(xīng)系(xì)所组成的(de)巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束(shù)缚在(zài)一起。测(cè)量星系(xì)团的质量一般会使用到(dào)两(liǎng)种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一(yī)致，就可以确(què)定其(qí)质量的范围。

第(dì)一(yī)种(zhǒng)是(shì)获得其(qí)"光度(dù)学的质量(liàng)"，需(xū)要的数(shù)据是测量各个(gè)星系(xì)的光度。

第(dì)二种是动力(lì)学质(zhì)量的计(jì)算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中的(de)各个星系相对于(yú)星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说(shuō)这99%的质量并不(bù)以可见光(guāng)的(de)形(xíng)式所(suǒ)存在，我们无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量速度的(de)过(guò)程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系(xì)的速度比理(lǐ)论上要快得(dé)多(duō)，按(àn)照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见(jiàn)星系(xì)的质(zhì)量所产(chǎn)生的(de)引力是无(wú)法将它们束缚在(zài)星系团内的，它(tā)们早(zǎo)就(jiù)应该(gāi)被抛出(chū)星系团(tuán)之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样(yàng)部分(fēn)不(bù)可见(jiàn)的暗质(zhì)，它(tā)不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的质量。只是当时(shí)的人们(men)对这样的一种说法不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在观(guān)测仙女(nǚ)座星系中的恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的(de)运行速度就会(huì)越(yuè)慢。但(dàn)是(shì)他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用一(yī)种相对标准(zhǔn)的方法来解(jiě)释暗物(wù)质的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的(de)旋转速度。如(rú)果(guǒ)出(chū)现异(yì)常的(de)结(jié)果，就认(rèn)为是由暗物(wù)质的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜测量了距离星系(xì)中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发(fā)现它们(men)的(de)旋转速度并不符合牛顿(dùn)的(de)力(lì)学定律(lǜ)。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万(wàn)有引力(lì)定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的原(yuán)因(yīn)很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗(àn)物质(zhì)的引力效应(yīng)将星系聚(jù)集(jí)在了一起。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越来(lái)越多的研究人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道的速(sù)度(dù)，估算在星系当(dāng)中暗物(wù)质(zhì)的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一(yī)可(kě)以(yǐ)解(jiě)释这个现象的(de)原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒星之间，也(yě)会(huì)出(chū)现速度上的微(wēi)小差异。另外(wài)，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河系(xì)不多，但是星系当(dāng)中存在(zài)的恒星(xīng)数量(liàng)却只有银河系的千分之一(yī)。

所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须(xū)存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使(shǐ)用最(zuì)先进(jìn)的望远镜对其进行了(le)40个小时的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒星(xīng)运动是可(kě)以用正常(cháng)的物(wù)质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另(lìng)一个大(dà)星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存(cún)在。造成这些现象(xiàng)的除了暗(àn)物质的假说(shuō)之外，另(lìng)一(yī)种可能就是人(rén)类对引力的理解还不够全(quán)面，引(yǐn)力(lì)很可(kě)能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不同(tóng)的，这(zhè)意味(wèi)着在行星系(xì)尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道(dào)，按照我们(men)所理解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的方式。对(duì)于在星系团之(zhī)间(jiān)的(de)相互作用，科学(xué)家还(hái)引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是(shì)在数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对(duì)彼此特殊的(de)效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现在(zài)的物理定律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的(de)其(qí)他(tā)的理论证据(jù)，这些理论证据是(shì)蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团，由(yóu)两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的(de)星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星(xīng)系(xì)团大部分的质量将(jiāng)位于(yú)所有这些(xiē)气体所在的(de)中间区(qū)域。那么我(wǒ)们通过什么来验证它的质量区域到底是(shì)不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦(wéi)伯太(tài)空(kōng)望远镜传回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以(y串子是什么意思网络，足球串子是什么意思ǐ)明显地看到(dào)很(hěn)多星系似乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大(dà)的形变。其(qí)实这些星系(xì)本身并不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是(shì)韦伯(bó)望远镜出了什么问(wèn)题，而是这(zhè)样极遥远(yuǎn)的天(tiān)体(tǐ)和(hé)我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大(dà)的(de)天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体(tǐ)可(kě)能是超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人(rén)们(men)对子(zi)弹星系(xì)团观(guān)测的时(shí)候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是(shì)在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就(jiù)是(shì)当星团发生全(quán)部(bù)的碰撞时，可(kě)被观测到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边(biān)形(xíng)成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存(cún)在的迄今为(wèi)止最(zuì)好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇(yǔ)宙当中最古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之(zhī)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130多亿年之后，这(zhè)些光在(zài)宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留下了(le)各相同性(xìng)的微波辐射(shè)。其(qí)中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际上它们之间的温差(chà)只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学(xué)家们通过(guò)对前景背景分离后的二(èr)值图像进行连通域提取和标(biāo)记(jì)之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不(bù)应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约(yuē)是普通物质的(de)5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解释星(xīng)系当(dāng)中恒(héng)星运动所需要(yào)的暗物质(zhì)比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了一(yī)个简单(dān)的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很(hěn)多(duō)不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的(de)本(běn)质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任(rèn)何其他的电(diàn)磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能(néng)够(gòu)找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于(yú)找到了暗物质存(cún)在的(de)实际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底是什么？科(kē)学家们已经提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不(bù)同(tóng)的目标(biāo)粒(lì)子所需要(yào)的(de)实验(yàn)方式也不(bù)相同(tóng)。在过(guò)去的几十年当中(zhōng)，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验(yàn)，却(què)没有任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学(xué)实验室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科(kē)学家声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年(nián)的(de)数(shù)据收集(jí)，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每年都(dōu)是(shì)一样。一些科学家认为这可能(néng)是人(rén)类发现暗物(wù)质的第一(yī)个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会(huì)产(chǎn)生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果暗物(wù)质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产(chǎn)生(shēng)相应(yīng)的振荡(dàng)，同(tóng)时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕太(tài)阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以有半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而(ér)另外(wài)半年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)的(de)情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银(yín)河系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为(wèi)这可以用来解释，研(yán)究(jiū)人员们(men)所观测到的周期性信号(hào)。当然也可能(néng)有其他的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年度(dù)周(zhōu)期信号的差异(yì)也可(kě)能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大(dà)利游客的数量也符合这个(gè)周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们(men)又(yòu)在南半球建(jiàn)立(lì)了一(yī)个几乎相(xiāng)同(tóng)的实验室(shì)，这(zhè)里的季节(jié)与之(zhī)前的实(shí)验室正好相反，而在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗物质流(liú)的(de)运动特征和第一(yī)个(gè)实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就(jiù)可(kě)以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在(zài)的非常有力的证据了。但是(shì)由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以(yǐ)截(jié)至(zhì)目前还无法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一(yī)个关键的(de)用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥(ào)秘(mì)，对(duì)于探测的(de)结(jié)果，我们(men)只能拭目以待(dài)了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如(rú)果暗物质存在(zài)，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的(de)一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着(zhe)人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗(àn)物质(zhì)正(zhèng)在通过(guò)这样的效应(yīng)创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么(me)小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你(nǐ)的(de)支持是我更新(xīn)的动力！

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