宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么(me)？人(rén)类为(wèi)了寻找暗(àn)物质存在的证据，科(kē)学家们在过(guò)去(qù)的几十年当(dāng)中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但是(shì)却没(méi)有发现任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲学数学(xué)原理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文学(xué)家们(men)发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力(lì)定律的时候，他们就(jiù)会(huì)知(zhī)道，周围一定有未知的(de)天体通过(guò)引力(lì)在(zài)摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通(tōng)过天王星运行轨道(dào)的(de)异(yì)常(cháng)，推算并且发(fā)现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是(shì)在(zài)恒(héng)星系统的尺度当(dāng)中，可当我们(men)上升到星系(xì)或者是星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在(zài)研究(jiū)和(hé)测量后(hòu)发星系团的(de)质量。这是(shì)一个(gè)由数千个星(xīng)系所组成的(de)巨大星(xīng)系(xì)团，这些(xiē)星系被引力束缚在(zài)一起。测量星(xīng)系团的(de)质量一般会使(shǐ)用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以确(què)定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度(dù)学的质(zhì)量"，需要(yào)的数(shù)据是(shì)测量各个(gè)星系的(de)光度(dù)。

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个(gè)星系相对于星系团的运动速(sù)度。当测量(liàng)结(jié)果出来(lái)之(zhī)后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量(liàng)消(xiāo)失(shī)了，或(huò)者说这99%的质量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存(cún)在(zài)，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的(de)过(guò)程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很(hěn)多星(xīng)系的(de)速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所(suǒ)产(chǎn)生的引力是无法将它们(men)束缚在星系(xì)团内的，它(tā)们早就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的(de)力量在起作(zuò)用(yòng)，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分(fēn)不(bù)可见的暗(àn)质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但(dàn)是它们(men)却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们对这(zhè)样的一种说法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才(cái)再(zài)一次(cì)出现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁(lǔ)宾和(hé)肯(kěn)特福特在观测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越(yuè)远的恒星(xīng)在(zài)其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们(men)观测(cè)的结果却(què)让人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着与中(zhōng)心距(jù)离的增加，恒(héng)星的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是(shì)根据(jù)牛顿的万有引力(lì)定律，在星系(xì)当中(zhōng)如(rú)果没有(yǒu)足够大(dà)的质量(liàng)来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对(duì)标(biāo)准的方法(fǎ)来解释暗物质的存(cún)在，这(zhè)种方法就(jiù)是测量星(xīng)宁波慈溪的邮编是多少系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上距离星(xīng)系中心的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转速(sù)度。如果出现异(yì)常的结(jié)果，就认为(wèi)是(shì)由暗物质的(de)力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜测量(liàng)了距离星(xīng)系(xì)中心(xīn)更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们(men)的旋转速(sù)度并不(bù)符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例(lì)外，太阳系位(wèi)于银河系(xì)的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有(yǒu)引(yǐn)力定律进(jìn)行(xíng)计算，太阳系的运行(xíng)速度(dù)应(yīng)该是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远远大(dà)于理论速度，那么产生(shēng)以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就是(shì)存在着一(yī)种我们看不(bù)到的物质，是这(zhè)些暗物质的(de)引(yǐn)力(lì)效应将星(xīng)系聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研(yán)究人员开始相信暗(àn)物质(zhì)的存(cún)在。科(kē)学(xué)家根据星系外(wài)恒星(xīng)轨道的速度(dù)，估(gū)算在星系(xì)当(dāng)中暗物(wù)质的质(zhì)量占整(zhěng)个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释(shì)这个现象的(de)原因。在(zài)一项(xiàng)新的(de)研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会(huì)出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家(jiā)还发(fā)现了一个(gè)反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是(shì)星系当中(zhōng)存在(zài)的恒星(xīng)数(shù)量却只有银(yín)河(hé)系的千分之一。

所以在(zài)理论上(shàng)，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学(xué)家们使(shǐ)用最先进的(de)望远镜(jìng)对其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发(fā)现星(xīng)系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的(de)物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的(de)暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近的另(lìng)一个(gè)大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近(jìn)没(méi)有任何星系存在。造(zào)成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之(zhī)外(wài)，另一种可能就(jiù)是人(rén)类(lèi)对引力(lì)的理解(jiě)还不(bù)够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理解的方式(shì)运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不(bù)同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效(xiào)应的概(gài)念(niàn)，指的是在数百万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理(lǐ)定(dìng)律进行修正(zhèng)，这(zhè)些(xiē)发现也让很(hěn)多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物(wù)质存(cún)在的其他的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德(dé)理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分(fēn)的(de)普通质量都在星系的(de)气体当(dāng)中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作(zuò)用就会导致(zhì)温度的(de)急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位(wèi)于所有这些气体所在的中间区(qū)域。那么(me)我们通过什么来(lái)验证它(tā)的质量(liàng)区域(yù)到底是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中第一张(zhāng)全彩的(de)高清照片(piàn)，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大(dà)的(de)形变。其实(shí)这(zhè)些星系(xì)本身(shēn)并不(bù)是(shì)真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出(chū)了(le)什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一(yī)个(gè)质量超级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大质(zhì)量(liàng)的东西的(de)引(yǐn)力(lì)，会使(shǐ)身(shēn)后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象就是(shì)引力(lì)透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或(huò)者是暗物(wù)质(zhì)。

所以(yǐ)当(dāng)人们对(duì)子弹星系团观测的时(shí)候，发(fā)现它的大质量(liàng)区域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方(fāng)法就是(shì)当星团发生全(quán)部(bù)的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接(jiē)通(tōng)过(guò)了这个区域，并(bìng)在两边形(xíng)成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认(rèn)为是暗物(wù)质存在(zài)的(de)迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从宇宙大宁波慈溪的邮编是多少爆炸开始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年(nián)之后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上留下(xià)了各相(xiāng)同性的微波(bō)辐(fú)射。其(qí)中红色的部分表示温度较(jiào)高(gāo)的(de)区域，蓝色则(zé)表示(shì)相对较(jiào)冷的区(qū)域(yù)，但(dàn)实际上它(tā)们之间的温差(chà)只有万分之一(yī)。

科(kē)学家们通(tōng)过对(duì)前(qián)景(jǐng)背景分离(lí)后的二值图像进行连通域提(tí)取和标记(jì)之(zhī)后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而(ér)随着暗物质的(de)增加(jiā)，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背(bèi)景辐射的(de)测量值，我们需(xū)要的(de)暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需(xū)要的暗物质比例是一致(zhì)的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一(yī)个(gè)简单的理论框架，就很(hěn)好(hǎo)地(dì)解释了(le)很(hěn)多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就(jiù)是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其(qí)他的(de)电磁(cí)作(zuò)用，只通过引力(lì)来(lái)相互作(zuò)用。所以如果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科学家们(men)已经提出了数十种的假想目(mù)标，而(ér)要寻找这些不同的(de)目(mù)标(biāo)粒子所需要(yào)的实(shí)验方式也不相同。在(zài)过去(qù)的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这(zhè)些看不见、摸(mō)不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物(wù)质相互作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们已经进行了超过50次(cì)的实验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大(dà)利的格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地(dì)下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最大的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒(lì)子的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家(jiā)声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数(shù)据收集，人们(men)发(fā)现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都(dōu)是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人(rén)类发现(xiàn)暗物质的第一(yī)个(gè)直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么(me)暗(àn)物质(zhì)会产(chǎn)生(shēng)周期性的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么(me)如果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过(guò)程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的(de)方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河系的方向是一(yī)致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月(yuè)份的(de)时候(hòu)，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到(dào)完全一致，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个(gè)理论的有效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测到(dào)的(de)周(zhōu)期性信号(hào)。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年(nián)度周期信号的(de)差异也可能是(shì)温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量(liàng)也符合这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南(nán)半(bàn)球建(jiàn)立了一(yī)个几乎相同的实(shí)验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在这(zhè)里，地球穿过暗物(wù)质流的运(yùn)动特征和第一(yī)个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以(yǐ)得(dé)到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物(wù)质(zhì)所存在的非常有力的(de)证(zhèng)据(jù)了(le)。但是由于(yú)这个实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另(lìng)一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会(huì)支(zhī)持(chí)宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是(shì)生命进化的一(yī)个(gè)重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的(de)行星上(shàng)，暗物质正在通过这(zhè)样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支(zhī)持是(shì)我更新的(de)动力！

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