宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质存在(zài)的证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中进行了(le)超(chāo)过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何(hé)的(de)有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学(xué)家们(men)发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道(dào)出现异常，不符合(hé)万有引力定律(lǜ)的时(shí)候，他们就(jiù)会(huì)知道(dào)，周(zhōu)围一(yī)定有未(wèi)知的天(tiān)体通(tōng)过引力在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并且发(fā)现(xiàn)了(le)海王(wáng)星(xīng)的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的发(fā)现(xiàn)都(dōu)是(shì)应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文成就的例(lì)子。但是这些发(fā)现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨(cí)兹威基正在研究和测(cè)量(liàng)后发星系团的质量。这(zhè)是一个(gè)由数千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大(dà)星系团，这些星系(xì)被引力束(shù)缚在(zài)一(yī)起。测量星系团(tuán)的质量一(yī)般会(huì)使用到两(liǎng)种方法，当两种方(fāng)法结(jié)果一致，就可以(yǐ)确定其质量的(de)范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需要(yào)的数据是测(fio2吸氧浓度计算公式中的4是什么意思，氧合指数的计算公式cè)量各个星系的光度。

第二(èr)种是(shì)动(dòng)力学质量的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团中的各个(gè)星系(xì)相对于星系团的(de)运(yùn)动速度(dù)。当测量结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在(zài)测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些(xiē)可(kě)见星系的质量所产(chǎn)生的引(yǐn)力是无(wú)法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们(men)早就应该被抛出(chū)星(xīng)系团之外了，除(chú)非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的力(lì)量在起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提出(chū)了这样(yàng)部分(fēn)不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对(duì)这样的(de)一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出(chū)现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中的(de)恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其(qí)轨道(dào)上的运(yùn)行(xíng)速度就会越慢。但是(shì)他们观测的结(jié)果(guǒ)却让人(rén)感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可(kě)是根(gēn)据(jù)牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大(dà)的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科学家们会(huì)使用一种相对标准的(de)方法来(lái)解(jiě)释暗物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)气体(tǐ)在(zài)X轴上距离星系(xì)中心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的(de)旋转速度。如(rú)果出(chū)现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通过射(shè)电望远镜测(cè)量了距离星系中心更远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋转速(sù)度并不(bù)符(fú)合牛顿的(de)力(lì)学定律(lǜ)。我们(men)的太(tài)阳系也不例外，太阳系(xì)位于(yú)银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行计算(suàn)，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么(me)产生以上这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的物(wù)质，是这些暗物质的引(yǐn)力(lì)效(xiào)应(yīng)将星(xīng)系聚(jù)集在了(le)一起。

也是(shì)从这时(shí)开始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量(liàng)占整个(gè)星系(xì)质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的研究(jiū)当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和(hé)银河(hé)系不多，但是(shì)星系当中存(cún)在的(de)恒星数(shù)量却只有银(yín)河系的千(qiān)分之(zhī)一。

所以(yǐ)在(zài)理论上(shàng)，该星系必须存在(zài)暗物(wù)质(zhì)，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运(yùn)动是(shì)可以用正常的物(wù)质和力学定律来解释的(de)。那(nà)么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经被附近的(de)另一(yī)个大星系(xì)剥离了。奇怪的(de)是，它的附近(jìn)没有任何(hé)星系(xì)存在。造成这些(xiē)现象的除了(le)暗物质的假说之外，另(lìng)一(yī)种可能就是(shì)人类(lèi)对引(yǐn)力的理解还(hái)不够全面，引力(lì)很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的(de)，这(zhè)意味着在(zài)行星系尺度(dù)中的天体会(huì)沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按照我们所理解的(de)方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的(de)相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光年的(de)规模上，巨(jù)大的(de)质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这(zhè)意味着(zhe)我们需(xū)要对现在(zài)的物理定(dìng)律进行修正，这(zhè)些发现也(yě)让很多人认为暗(àn)物(wù)质假说理论就此终结(jié)。但(dàn)是在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关(guān)于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系(xì)团，由(yóu)两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们(men)大(dà)部分的(de)普通质(zhì)量(liàng)都在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰撞的(de)时(shí)候，星际(jì)气体的相互作用(yòng)就会导(dǎo)致温度(dù)的急剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅(fú)降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的(de)质量(liàng)将(jiāng)位于所有(yǒu)这(zhè)些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过(guò)什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的(de)高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些(xiē)星(xīng)系本身并不是真的(de)被扭曲(qū)了，也不是韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什么问(wèn)题(tí)，而是(shì)这样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们地球(qiú)上的(de)观测者之间。被一个(gè)质量超级(jí)巨(jù)大的(de)天体遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引力(lì)，会使身后更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对(duì)子弹星(xīng)系(xì)团观测的时候，发现它的大(dà)质量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以(yǐ)最好的解释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生全(quán)部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了(le)引(yǐn)力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜(jìng)研究也被(bèi)认为(wèi)是暗物质存在的迄今(jīn)为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之(zhī)后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同(tóng)性的微(wēi)波(bō)辐射(shè)。其(qí)中(zhōng)红色(sè)的部分表示(shì)温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际(jì)上它们之间的温差(chà)只有万分之一。

科学家(jiā)们通过(guò)对前景背景分离(lí)后的二(èr)值图像进行连(lián)通域提取和(hé)标(biāo)记之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙当中没(méi)有暗(àn)物(wù)质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的(de)，而随着暗物质(zhì)的(de)增加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐射的(de)测量值，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质大约(yuē)是普(pǔ)通物质的5倍。这个(gè)数(shù)字与解释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比(bǐ)例(lì)是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的(de)理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观测(cè)结果。而暗(àn)物质的本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其(qí)他(tā)的电磁作(zuò)用，只通过(guò)引力来(lái)相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数(shù)十种的(de)假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需(xū)要的实验方式(shì)也不(bù)相同。在(zài)过去(qù)的(de)几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不(bù)见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎(hū)不会与常规物(wù)质(zhì)相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已经进行了(le)超过50次的(de)实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的(de)地下矿(kuàng)井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最(zuì)大的地学实验室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼(lóu)高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

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多年的数据收(shōu)集，人们发(fā)现了(le)一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的(de)6月份(fèn)达到峰值，然后在11月(yuè)降到最(zuì)低，而且在(zài)20年当中每年(nián)都是(shì)一样(yàng)。一些科学家认为这(zhè)可能是(shì)人类发(fā)现暗物质的第(dì)一个(gè)直接(jiē)证据。

但是(shì)为什么暗物(wù)质会产生(shēng)周期性的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲了(le)太(tài)阳系正在以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围绕着(zhe)银河(hé)系进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意(yì)味着我们(men)也(yě)在以这样的(de)速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过(guò)程(chéng)中会产生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳(yáng)进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的时(shí)间，地球围绕(rào)太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而另(lìng)外(wài)半年(nián)则与之相反。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地(dì)球(qiú)穿越暗(àn)物质流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的(de)情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银(yín)河(hé)系的平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是(shì)这(zhè)并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认(rèn)为这可(kě)以用来解释，研究人员(yuán)们(men)所观测到的周期性信号。当然(rán)也(yě)可(kě)能有(yǒu)其(qí)他的(de)情况，造成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的(de)数量也(yě)符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一(yī)个几乎相同的实验室(shì)，这里的季节与之(zhī)前(qián)的实(shí)验(yàn)室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实验室是一样的(de)。

因此，如(rú)果在这里可以得到(dào)相同的(de)信(xìn)号，就可以成为(wèi)暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法提(tí)供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的(de)视(shì)野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其(qí)中一个(gè)关(guān)键的用(yòng)途就是探(tàn)索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于探测的(de)结(jié)果，我们只能(néng)拭目以待(dài)了。费米实(shí)验室粒子(zi)天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研(yán)究(jiū)发现，如(rú)果暗物质存在，它们(men)极(jí)有可(kě)能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘(mì)的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某个(gè)角落(luò)的行星(xīng)上(shàng)，暗(àn)物质(zhì)正在(zài)通过这样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先找到暗物质存(cún)在(zài)的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得(dé)暗物质(zhì)到底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢(huān)请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力(lì)！

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