宇宙是“人为制造(zào)”的？为(wèi)何会存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻(xún)找暗物(wù)质存(cún)在(zài)的(de)证据，科学(xué)家们在(zài)过去(qù)的几(jǐ)十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证据(jù)。除了一个(gè)地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学(xué)原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定(dìng)律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百(bǎi)年(nián)来(lái)，当天文学(xué)家(jiā)们发现某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异常，不(bù)符合(hé)万有引力定律的(de)时候，他们就会知(zhī)道，周(zhōu)围(wéi)一(yī)定有(yǒu)未知(zhī)的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星运行轨道(dào)的异常(cháng)，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是应用万(wàn)有引(yǐn)力定律所取得重大天文(wén)成(chéng)就的例(lì)子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系或者是星(xīng)团的(de)尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个(gè)由(yóu)数千个星系(xì)所组成的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一(yī)般会(huì)使用到两种方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要(yào)的数据是(shì)测量各个星系(xì)的光(guāng)度。

第二种是动力(lì)学质(zhì)量的计算，是利用光(guāng)谱红移测(cè)量星系团中的(de)各个星系相(xiāng)对于(yú)星系(xì)团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发座星系(xì)团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并(bìng)不(bù)以可见(jiàn)光(guāng)的形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团(tuán)中(zhōng)很(hěn)多(duō)星(xīng)系(xì)的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可见星系的(de)质量所产(chǎn)生的(de)引力是无法将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它们早就应该(gāi)被抛(pāo)出(chū)星(xīng)系团之外了(le)，除非有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力(lì)量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部(bù)分不可(kě)见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们(men)却占(zhàn)据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的(de)人们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词(cí)才再(zài)一次(cì)出现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特(tè)福(fú)特在观测仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星运动。理论(lùn)上来(lái)说(shuō)，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道(dào)上的运行(xíng)速度(dù)就会(huì)越(yuè)慢。但是(shì)他们观测的结果却让(ràng)人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度(dù)几乎(hū)保持(chí)不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星(xīng)系当(dāng)中如果没有足够大的(de)质(zhì)量来(lái)吸引它们，这(zhè)些外(wài)围的(de)恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的(de)方法来(lái)解释暗(àn)物质(zhì)的存在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气(qì)体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度(dù)。如果出现(xiàn)异常的结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质的力量进(jìn)入其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离(lí)星系中心更(gèng)远距离的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们(men)的旋(xuán)转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也(yě)不例外，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据万(wàn)有引力定(dìng)律进行计算，太阳系(xì)的运行(xíng)速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系(xì)正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远(yuǎn)远(yuǎn)大(dà)于(yú)理论(lùn)速度，那么(me)产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原(yuán)因很可(kě)能就是存(cún)在(zài)着一(yī)种(zhǒng)我们看不到的(de)物质，是这些暗(àn)物质的引(yǐn)力(lì)效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越(yuè)多(duō)的研究人员(yuán)开始相(xiāng)信(xìn)暗物(wù)质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估(gū)算在星系(xì)当中(zhōng)暗物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象(xiàng)的(de)原因。在一项新的(de)研(yán)究(jiū)当中，科(kē)学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星(xīng)之(zhī)间(jiān)，也会出现速(sù)度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天为什么不宣传李兰娟了，李兰娟为何销声匿迹文学家还发(fā)现了一个反常的(de)星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系(xì)当中存(cún)在的恒星数(shù)量却(què)只有(yǒu)银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗(àn)物(wù)质(zhì)，否则就会分崩(bēng)离(lí)析(xī)。但是科学家(jiā)们(men)使用最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测(cè)量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运动是(shì)可以用正(zhèng)常的物质和力(lì)学(xué)定律来解(jiě)释的。那(nà)么又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该星系的(de)暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造(zào)成(chéng)这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对(duì)引(yǐn)力的(de)理(lǐ)解还不够全(quán)面，引力(lì)很可(kě)能在不(bù)同尺度空间中(zhōng)的(de)工作方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用(yòng)则是(shì)不同的方式。对于在星(xīng)系团之间(jiān)的相互作用，科学家(jiā)还引入了外部(bù)场效(xiào)应的概念，指的是在(zài)数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的(de)效(xiào)果，这(zhè)个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们需要(yào)对现在的物(wù)理定律进行修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让很多人认(rèn)为(wèi)暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于(yú)暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没法解释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组(zǔ)成(chéng)，类似这(zhè)样的星团，它们(men)大部分(fēn)的普通质量都在(zài)星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万(wàn)公里/小时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的(de)质量将(jiāng)位于(yú)所有这(zhè)些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过(guò)什(shén)么(me)来验证它的质量(liàng)区(qū)域到底(dǐ)是不是集中在(zài)中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全彩的(de)高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多(duō)星系似乎(hū)被拉伸产生了(le)巨(jù)大的形变。其实这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问(wèn)题，而(ér)是这样极(jí)遥远的(de)天(tiān)体(tǐ)和我们地球上的观测(cè)者之间。被一(yī)个(gè)质量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东西的引力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对(duì)子(zi)弹星系团观测的(de)时候，发现它的(de)大(dà)质(zhì)量(liàng)区(qū)域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当星团发(fā)生全部的(de)碰撞时(shí)，可被观(guān)测到的质量气(qì)体被卡在(zài)了(le)中间，暗(àn)物质则直接通过了这(zhè)个区(qū)域，并为什么不宣传李兰娟了，李兰娟为何销声匿迹在两边形成了引力透镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的引(yǐn)力(lì)透镜研究(jiū)也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对(duì)较冷的区(qū)域，但实(shí)际上它们之(zhī)间的温差只有(yǒu)万分之(zhī)一(yī)。

科学家们通(tōng)过对前景背景(jǐng)分离(lí)后的(de)二值(zhí)图像进行连(lián)通(tōng)域提取和标(biāo)记之后发(fā)现，如为什么不宣传李兰娟了，李兰娟为何销声匿迹果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物质(zhì)，图(tú)形看起(qǐ)来不应该是(shì)这样(yàng)的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的(de)幅度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大(dà)约是(shì)普(pǔ)通(tōng)物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运(yùn)动所需(xū)要的暗(àn)物质比例是一(yī)致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了一个简单的理(lǐ)论(lùn)框架(jià)，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观测(cè)结(jié)果。而暗物质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不(bù)参与任何其(qí)他的电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引(yǐn)力来相互作用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存(cún)在的实(shí)际证(zhèng)据。这(zhè)种粒(lì)子到(dào)底是(shì)什么？科学(xué)家们已经提(tí)出了数十(shí)种的(de)假想目标，而要(yào)寻找这些不同的目标(biāo)粒(lì)子(zi)所需(xū)要的(de)实验方式也不(bù)相同。在(zài)过去的几十(shí)年当中(zhōng)，人类为了(le)寻找这些看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超(chāo)过(guò)50次的(de)实验，却没(méi)有(yǒu)任何(hé)实质性的(de)发(fā)现，除(chú)了一(yī)个(gè)地(dì)方(fāng)，意(yì)大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子(zi)的周期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测到(dào)了(le)某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了20多年(nián)的(de)数据收(shōu)集，人们(men)发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达(dá)到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且(qiě)在(zài)20年当中(zhōng)每(měi)年都是一样。一些科学家认为这可能(néng)是人类发现暗物(wù)质的第一个直接(jiē)证据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物(wù)质会产生周期性的(de)年(nián)度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速(sù)度在穿越着(zhe)暗物(wù)质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕(rào)银河系的方向是一致(zhì)的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到(dào)完(wán)全(quán)一致，这是(shì)理论上地(dì)球穿(chuān)越(yuè)暗物质流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银(yín)河系(xì)的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的(de)有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认为这可以用(yòng)来解释，研(yán)究人(rén)员们所观测到的(de)周期性信号(hào)。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这(zhè)种年度周期信号(hào)的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大利游客的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又在南半(bàn)球建(jiàn)立了一个(gè)几(jǐ)乎相同的实验室(shì)，这里的季(jì)节与之前的实验室(shì)正好(hǎo)相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿(chuān)过(guò)暗物质流的运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据(jù)了。但是(shì)由于这(zhè)个(gè)实验(yàn)室刚刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前还无(wú)法提供相应的(de)数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其(qí)中一个(gè)关键的用途就是(shì)探索暗物(wù)质背后(hòu)的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目(mù)以待(dài)了。费(fèi)米实验室粒(lì)子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的(de)一个重要因(yīn)素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质会不会意(yì)味着人类(lèi)并不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推论(lùn)的大前(qián)提是要(yào)先找到暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到(dào)底存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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