宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十(shí)年当中(zhōng)进行了(le)超过(guò)50次的长期(qī)实验，但是(shì)却(què)没有发现(xiàn)任何(hé)的有效证(zhèng)据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理(lǐ)一(yī)书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学(xué)家们发现(xiàn)某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合(hé)万有(yǒu)引力定律(lǜ)的时候，他们就会知(zhī)道，周围(wéi)一定有未(wèi)知的天(tiān)体(tǐ)通过(guò)引力在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过天王(wáng)星运行轨道的(de)异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的发现都是应用万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可(kě)当我们(men)上升(shēng)到星系或者(zhě)是星(xīng)团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发星系团(tuán)的(de)质量(liàng)。这(zhè)是(shì)一(yī)个由数千个(gè)星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一(yī)起。测(cè)量星系团的质(zhì)量(liàng)一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可(kě)以确定其质(zhì)量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要的(de)数据是测量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利(lì)用(yòng)光(guāng)谱红移(yí)测量星(xīng)系(xì)团中的(de)各个(gè)星(xīng)系相对于星系团(tuán)的运动速度(dù)。当测量结果出来(lái)之后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的(de)质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的(de)过(guò)程中，兹(zī)威基发(fā)现星系团中很多星系(xì)的速度(dù)比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星系的(de)质量所产生(shēng)的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团(tuán)内(nèi)的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力(lì)量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部(bù)分不(bù)可见的暗质(zhì)，它(tā)不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对(duì)这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯(kěn)特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒(héng)星运动。理论上(shàng)来说(shuō)，距(jù)离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道(dào)上的运行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让(ràng)人(rén)感到不可思议(yì)。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可是根据(jù)牛顿的万(wàn)有引力(lì)定律，在星系当中如果没(méi)有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的(de)恒(héng)星早就(jiù)被(bèi)甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中了。基于(yú)这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的(de)方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是(shì)测量(liàng)星系当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离(lí)星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认(rèn)为是由暗物质(zhì)的力(lì)量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜测量了(le)距离星系(xì)中(zhōng)心(xīn)更远距(jù)离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也不(bù)例(lì)外(wài)，太(tài)阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定(dìng)律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个(gè)实(shí)际(jì)速度远远大于理论速度，那(nà)么产生以上这种向心加速度(dù)的原因很可能就是(shì)存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究人员开(kāi)始(shǐ)相(xiāng)信(xìn)暗物质(zhì)的(de)存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速(sù)度(dù)，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一可以解(jiě)释这个(gè)现(xiàn)象的原因。在一(yī)项新的研(yán)究(jiū)当(dāng)中，科学(xué)家(jiā)们发(fā)现，几(jǐ)乎(hū)没有(yǒu)引力效应的(de)遥远恒星之间(jiān)，也(yě)会出(chū)现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天文学(xué)家还(hái)发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中存在的(de)恒星数量(liàng)却只有银(yín)河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在暗(àn)物(wù)质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离析(xī)。但(dàn)是科学(xué)家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个小时的详细(xì)测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用(yòng)正常(cháng)的物质和(hé)力(lì)学(xué)定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该(gāi)星系的(de)暗物(wù)质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近(jìn)没有任(rèn)何星系存在。造成这(zhè)些(xiē)现象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一种可能就是(shì)人类对(duì)引力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间中的工作(zuò)方式(shì)是不(bù)同的(de)，这意味着在行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，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(dù)，引力(lì)之间(jiān)的相互作(zuò)用则是不同的(de)方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用(yòng)，科(kē)学家还(hái)引入了外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规(guī)模上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着(zhe)我们需要对现(xiàn)在的物理定(dìng)律进行修正，这些发现也(yě)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(hái)有(yǒu)关于暗物质存(cún)在的其(qí)他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系(xì)团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们(men)大(dà)部分的(de)普通(tōng)质量都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就(jiù)会导致温(wēn)度(dù)的急剧升高，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量(liàng)将位(wèi)于所(suǒ)有这些气体所在的(de)中间(jiān)区域。那(nà)么我们通(tōng)过什么(me)来验证它(tā)的质量区域到(dào)底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空(kōng)望龙钟是什么意思有什么表达效果，双袖龙钟的龙钟是什么意思t: 24px;'>龙钟是什么意思有什么表达效果，双袖龙钟的龙钟是什么意思远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以(yǐ)明(míng)显(xiǎn)地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这(zhè)些(xiē)星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是(shì)这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的(de)观测者之间。被一个(gè)质(zhì)量超级巨大(dà)的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质量的东西的(de)引力，会使身后更遥远星系的(de)光(guāng)都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这个(gè)现象就是引(yǐn)力透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨(jù)大(dà)的(de)天体可能是超大(dà)质量的(de)黑洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质量区域(yù)并(bìng)不(bù)是在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释方法就是(shì)当(dāng)星团(tuán)发生全部的(de)碰撞时，可被观测(cè)到(dào)的质量气(qì)体被卡在了(le)中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并(bìng)在(zài)两(liǎng)边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存(cún)在的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多亿年(nián)之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留(liú)下(xià)了各(gè)相同性的微波辐(fú)射。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(de)区域，但实际上(shàng)它们之(zhī)间的温差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科学家们通(tōng)过对前景(jǐng)背景(jǐng)分离(lí)后(hòu)的(de)二值图像(xiàng)进行连通域(yù)提取和标记之后(hòu)发(fā)现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没有暗(àn)物(wù)质，图形(xíng)看起来(lái)不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐射的(de)测(cè)量值，我们(men)需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数(shù)字(zì)与解释星系当中恒星运(yùn)动所需(xū)要的暗物质(zhì)比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理论框架，就(jiù)很(hěn)好地解(jiě)释了很多不同的(de)观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的(de)粒子，它们不参与任何其他的(de)电(diàn)磁(cí)作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在的实(shí)际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经提(tí)出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的实验方式也不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些(xiē)看(kàn)不见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了(le)超过50次(cì)的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地(dì)学实验(yàn)室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(céng)楼高的探测(cè)器，一直(zhí)致(zhì)力于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里的科(kē)学家(jiā)声(shēng)称(chēng)观测到了(le)某(mǒu)种信号。经过了20多年的(de)数(shù)据收(shōu)集(jí)，人(rén)们(men)发现了(le)一个有趣的事情。探测(cè)率会(huì)在每年的(de)6月份达到峰值(zhí)，然后在(zài)11月(yuè)降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年(nián)都是一样。一些(xiē)科学家认为这(zhè)可能是(shì)人(rén)类(lèi)发(fā)现暗(àn)物(wù)质的第一个直接证据。

但是(shì)为什(shén)么(me)暗物质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了(le)太阳系(xì)正在以220公里/秒的(de)速度围绕(rào)着银河系进(jìn)行移(yí)动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕(rào)银河(hé)系的方向是一致的，而(ér)另外(wài)半年则(zé)与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质(zhì)流(liú)最快的(de)时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系(xì)相对(duì)银(yín)河(hé)系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不(bù)影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科(kē)学家认(rèn)为(wèi)这可以用(yòng)来解释，研究人员们所观测到的(de)周(zhōu)期(qī)性(xìng)信号。当然也(yě)可(kě)能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也(yě)可(kě)能是(shì)温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符(fú)合这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科(kē)学家们又在南(nán)半球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同的(de)实验室(shì)，这(zhè)里(lǐ)的(de)季(jì)节(jié)与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗(àn)物质(zhì)流(liú)的运动特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同(tóng)的信号(hào)，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所存在的(de)非常有力的(de)证据(jù)了。但(dàn)是由于(yú)这个(gè)实验室刚(gāng)刚建成(chéng)不久，所以截至(zhì)目前还无法提(tí)供相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做(zuò)“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其中一(yī)个关键的用途(tú)就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以待(dài)了(le)。费米(mǐ)实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如(rú)果暗物质(zhì)存在(zài)，它们极有可能(néng)拥有另一种神(shén)秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的(de)一个重要因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理(lǐ)论得到进一步(bù)的证实，那(nà)么(me)遍布(bù)宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落的行星上，暗(àn)物质正在通过(guò)这样的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物(wù)质存在的(de)实际证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的(de)支持是我更新的动力(lì)！

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