宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是(shì)什(shén)么？人(rén)类为了寻找暗(àn)物(wù)质存(cún)在的证据，科学家们在过去(qù)的几十年当中进行了(le)超过50次的长期实(shí)验，但是却没有发(fā)现任何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数(shù)学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几百年来(lái)，当天文学(xué)家们发现某些天体运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道出现(xiàn)异常(cháng)，不符合万有引力定律的(de)时候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知(zhī)的天(tiān)体(tǐ)通过(guò)引力在摄(shè)动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算(suàn)并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发(fā)现(xiàn)都是应用万有引力(lì)定律所取得(dé)重大天(tiān)文成(chéng)就的(de)例(lì)子。但是这(zhè)些发(fā)现都是在(zài)恒星系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当我们(men)上升(shēng)到星(xīng)系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研(yán)究和测(cè)量(liàng)后发星系团的(de)质量。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大(dà)星系团(tuán)，这些(xiē)星系被引力(lì)束缚(fù)在一起。测量(liàng)星系(xì)团(tuán)的(de)质(zhì)量一般会(huì)使(shǐ)用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就(jiù)可以确定其质量的(de)范(fàn)围。

第一(yī)种是(shì)获(huò)得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是(shì)测量(liàng)各个星系的(de)光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动(dòng)力学质量(liàng)的计算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团(tuán)中的各(gè)个星系(xì)相对于(yú)星系团(tuán)的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量(liàng)速度的过程(chéng)中，兹威基发现星(xīng)系(xì)团中很多星系的速(sù)度(dù)比理论上要快得(dé)多(duō)，按照牛顿的(de)运动学定(dìng)律，仅靠(kào)这(zhè)些可(kě)见星系的质(zhì)量所产(chǎn)生(shēng)的引力是无法将它们束(shù)缚(fù)在星系团(tuán)内的，它们(men)早就应该被抛出星(xīng)系团(tuán)之外(wài)了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神(shén)秘的力量在起作用(yòng)，这(zhè)种力量来源于(yú)某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹(zī)维基(jī)提出了(le)这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质(zhì)”这(zhè)个词才再一次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距(jù)离中心(xīn)越远的恒星(xīng)在(zài)其轨道(dào)上的(de)运行速度就(jiù)会越慢。但(dàn)是他们观测(cè)的(de)结果(guǒ)却让人感(gǎn)到不可(kě)思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度(dù)几乎(hū)保持(chí)不(bù)变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星系当中如(rú)果没有(yǒu)足够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围(wéi)的(de)恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来(lái)解释暗物质的存(cún)在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量(liàng)星系当中(zhōng)气(qì)体在X轴上(shàng)距(jù)离星系中心的(de)距(jù)离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如(rú)果出现异常的结果，就(jiù)认为(wèi)是由(yóu)暗物(wù)质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过射(shè)电望远镜测量了距(jù)离星系(xì)中心更远距离的(de)氢(qīng)元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我(wǒ)们的太阳系(xì)也(yě)不例外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河(hé)系中心(xīn)2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太(tài)阳(yáng)系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太阳(yáng)系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这(zhè)种向心(xīn)加速度的原因很可能(néng)就是存在(zài)着(zhe)一种我们(men)看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力(lì)效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这(zhè)时(shí)开(kāi)始，越来(lái)越(yuè)多(duō)的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的(de)存在。科学家根据(jù)星(xīng)系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没(méi)有(yǒu)引力效应的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文(wén)学家还发(fā)现了一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银河系不多，但(dàn)是星系当(dāng)中存在的(de)恒(héng)星数(shù)量(liàng)却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可(kě)以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释的(de)。那么又有人(rén)提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它(tā)的附近没(méi)有(yǒu)任何星(xīng)系存(cún)在(zài)。造成(chéng)这些现象的(de)除了暗(àn)物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是人类(lèi)对引力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意(yì)味(wèi)着在行(xíng)星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它(tā)们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间(jiān)的相互作用(yòng)则是不同的方式(shì)。对于在星(xīng)系团(tuán)之(zhī)间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概念(niàn)，指的是在(zài)数百万光年(nián)的(de)规模上，巨大的质量之(zhī)间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些发(fā)现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关于暗物质存在的(de)其他(tā)的理论证据，这些理(lǐ)论(lùn)证据是(shì)蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解(jiě)释(shì)的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的(de)子弹星系团(tuán)，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的(de)星团，它(tā)们大部分(fēn)的普通质量都在星(xīng)系(xì)的(de)气(qì)体(tǐ)当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星(xīng)际气体的相互(hù)作用就会导(dǎo)致温度(dù)的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质(zhì)量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气体所在的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通过什么来验证它的质量区域(yù)到底是(shì)不是集中在(zài)中(zhōng)间(jiān)呢？前(qián)不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了(le)宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了(le)什么问(wèn)题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球(qiú)上的观测者之(zhī)间。被一(yī)个(gè)质(zhì)量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个(gè)超(chāo)大质量(liàng)的(de)东西的(de)引力，会使身后更遥(yáo)远星系(xì)的光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量(liàng)的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系(xì)团观(guān)测的时(shí)候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量区域并(bìng)不是(shì)在中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方法就是当(dāng)星团发生全部的(de)碰(pèng)撞时(shí)，可(kě)被观(guān)测(cè)到的(de)质(zhì)量气(qì)体被卡在(zà_D是什么意思，_3是什么意思i)了(le)中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个(gè)区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系(xì)团的引力透(tòu)镜研究也(yě)被(bèi)认(rèn)为(wèi)是暗物(wù)质存在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来自(zì)宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光(guāng)终于(yú)可以畅通(tōng)无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在(zài)宇宙空间(jiān)背景上留(liú)下了各相同(tóng)性的(de)微波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色(sè)的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对(duì)较(jiào)冷的区域，但实际上它们(men)之间的温差(chà)只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家(jiā)们通过对前(qián)景背(bèi)景分离(lí)后的二值(zhí)图(tú)像进行连通域(yù)提取和(hé)标记之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有暗(àn)物质(zhì)，图形看起来不应该(gāi)是这样的(de)，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我(wǒ)们需要(yào)的暗(àn)物质大(dà)约(yuē)是普通物(wù)质的(de)5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的(de)暗物质比例(lì)是一致(zhì)的(de)。这就(jiù)意味着。

用了(le)一(yī)个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就很(hěn)好地解(jiě)释(shì)了很(hěn)多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作(zuò)用，只通(tōng)过引力(lì)来相互作用(yòng)。所(suǒ)以如果能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于(yú)找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是(shì)什么？科学(xué)家们已经提出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标(biāo)粒子所需要的实(shí)验方式也不相同。在过去的(de)几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看(kàn)不(bù)见、摸不到(dào)，几乎(hū)不会与常规物(wù)质相互(hù)作用的“暗物(wù)质”，科(kē)学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却没有任何(hé)实(shí)质性的发现(xiàn)，除了(le)一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山下(xià)1400米处的地下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的地学(xué)实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三(sān)层楼高(gāo)的(de)探测器(qì)，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科(kē)学家声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人(rén)们发(fā)现了(le)一(yī)个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达(dá)到(dào)峰(fēng)值，然后在(zài)11月降到最低，而且(qiě)在20年(nián)当中每年都是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人(rén)类发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但(dàn)是为什么(me)暗物(wù)质会产生周(zhōu)期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着银河系进行移(yí)动(dòng)，那么如(rú)果暗(àn)物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度(dù)在穿越着暗物质(zhì)流，_D是什么意思，_3是什么意思这个过程(chéng)中会产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年的时(shí)间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系(xì)的(de)方(fāng)向是一致的，而另外半(bàn)年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向(xiàng)正好达到(dào)完全一致，这是理论(lùn)上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(màn)值(zhí)。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学(xué)家认为这可(kě)以用来(lái)解释(shì)，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期(qī)信号的差异也(yě)可能是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意(yì)大利(lì)游客(kè)的(de)数量也符(fú)合这个(gè)周(zhōu)期(qī)的(de)规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半(bàn)球(qiú)建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前(qián)的(de)实(shí)验(yàn)室正好相反，而(ér)在这里，地(dì)球穿过暗(àn)物(wù)质(zhì)流的运动特(tè)征和第(dì)一个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如(rú)果在(zài)这里可以得到相同的信(xìn)号，就可(kě)以成为暗物质所(suǒ)存(cún)在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应的数(shù)据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供(gōng)的(de)视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中一(yī)个关(guān)键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒(lì)子(zi)天(tiān)体物(wù)理中心的科学(xué)家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究(jiū)发现，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它(tā)们极(jí)有(yǒu)可能拥有另一(yī)种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要因(yīn)素。

如(rú)果这(zhè)一理论得到进一步的(de)证(zhèng)实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会(huì)不(bù)会意(yì)味着(zhe)人类并(bìng)不孤单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角落(luò)的行星上，暗(àn)物质(zhì)正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些推论的大前(qián)提(tí)是(shì)要先(xiān)找到(dào)暗(àn)物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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