宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的(de)？为(wèi)何(hé)会存在科(kē)学(xué)无法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是(shì)什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在的证据(jù)，科学(xué)家(jiā)们在过去的几十(shí)年当(dāng)中进(jìn)行(xíng)了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年(nián)出版的自(zì)然哲学数(shù)学(xué)原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发(fā)表了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的(de)几百年来(lái)，当天文学家们(men)发(fā)现某些(xiē)天体运行(xíng)轨道(dào)出现异常，不符(fú)合万有引力定律的(de)时候，他们(men)就会(huì)知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力在摄(shè)动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发(fā)现了(le)海(hǎi)王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上(shàng)升到星系(xì)或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究和(hé)测量后发星系团的质量。这是一(yī)个由数千个星系(xì)所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)的(de)巨大星系(xì)团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得(dé)其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光度(dù)。

第二种是动力(lì)学(xué)质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的(de)各个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是(shì)“光(guāng)度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的(de)质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光(guāng)的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量(liàng)速(sù)度(dù)的过程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多星系的(de)速度比理论上要快得多(duō)，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可(kě)见星系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在(zài)星系团内(nèi)的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛(pāo)出(chū)星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘(mì)的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了(le)这样部分(fēn)不可(kě)见的(de)暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却(què)占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分(fēn)的质量。只是当时(shí)的人们对(duì)这(zhè)样的一种说法不屑(xiè)一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个(gè)词才(cái)再一次出现。天(tiān)文(wén)学(xué)家(jiā)维(wéi)拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特(tè)福(fú)特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在其轨道(dào)上(shàng)的运行速度就会(huì)越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速(sù)度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律，在星(xīng)系当中如果没有(yǒu)足够大的质量(liàng)来吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的恒(héng)星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对(duì)标(biāo)准的方(fāng)法来解释(shì)暗(àn)物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中(zhōng)气(qì)体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度(dù)。如(rú)果出现异常的结(jié)果(guǒ)，就(jiù)认为是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜测量(liàng)了距(jù)离星(xīng)系中心更(gèng)远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它(tā)们(men)的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也(yě)不例外(wài)，太阳(yáng)系位于银河(hé)系的(de)第三悬臂之(zhī)上，距离(lí)银(yín)河(hé)系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计(jì)算，太阳(yáng)系的运行速(sù)度应该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向(xiàng)心(xīn)加速度的原(yuán)因很可能就是存在(zài)着一种(zhǒng)我们(men)看不到的(de)物质，是这(zhè)些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集(jí)在了一起。

也(yě)是从这时(shí)开始，越来越(yuè)多的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物(wù)质的质(zhì)量(liàng)占整个星系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质(zhì)并(bìng)不是唯一(yī)可(kě)以解释(shì)这个现象的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究当中，科学(xué)家们发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的(de)微小差异。另外，天文学家还发(fā)现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系(xì)不(bù)多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河系的(de)千(qiān)分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该星系必(bì)须(xū)存在(zài)暗(àn)物质(zhì)，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析(xī)。但是科学家们(men)使用最(zuì)先进(jìn)的望远镜对其进(jìn)行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒(héng)星运动是(shì)可(kě)以(yǐ)用正常的物(wù)质和力学(xué)定律来解释(shì)的。那么又(yòu)有人提(tí)出，也许该(gāi)星系的暗物(wù)质(zhì)，已经被附近的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是(shì)，它的附近没有(yǒu)任何星(xīng)系存(cún)在。造成(chéng)这(zhè)些现象的除了暗物质的(de)假说(shuō)之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是(shì)不同的(de)，这意味着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着(zhe)它们的(de)轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系(xì)和星团的尺度，引力(lì)之间的相互(hù)作(zuò)用则是(shì)不同的方式。对于(yú)在(zài)星系团之间(jiān)的相互作用，科(kē)学家还引入(rù)了(le)外部场效应(yīng)的概(gài)念，指的是(shì)在数百(bǎi)万光年的(de)规(guī)模上(shàng)，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的(de)效果(guǒ)，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需要(yào)对现在(zài)的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的(de)理论证据(jù)，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没(méi)法解释(shì)的(de)“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的(de)子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的星系(xì)团(tuán)所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量都在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体的相互(hù)作用就(jiù)会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这些气(qì)体所在的中间区域。那么我们通过(guò)什么来验(yàn)证它的质量区域到底是不是集中在(zài)中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中(zhōng)第一张全(quán)彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以(yǐ)明(míng)显地看到很多星系似乎(hū)被(bèi)拉伸产(chǎn)生了(le)巨大的形变。其(qí)实(shí)这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题，而是(shì)这样极遥(yáo)远的天体和我(wǒ)们地球上的观测(cè)者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西(xī)的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或(huò)者是暗(àn)物质。

所以当人(rén)们对子(zi)弹星系团(tuán)观测的时候，发(fā)现它(tā)的大质量(liàng)区域(yù)并不是在(zài)中(zhōng)间(jiān)，而是(shì)在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星(xīng)团发生全(quán)部(bù)的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接通过(guò)了这个(gè)区(qū)域，并在两边形成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力(lì)透镜研(yán)究也(yě)被认为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同性(xìng)的微(wēi)波辐射。其中红(hóng)色(sè)的部(bù)分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来(lái)不应该是这(zhè)样的，而随(suí)着暗物(wù)质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们(men)需要的暗物质(zhì)大约(yuē)是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释(shì)星系当中恒星运(yùn)动所(suǒ)需要的(de)暗物质比(bǐ)例是一(yī)致(zhì)的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的(de)理论框架，就(jiù)很好地(dì)解(jiě)释了很多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的(de)电磁作用，只通过引力来(lái)相互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数(shù)十(shí)种的假想目(mù)标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不同的目(mù)标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年(nián)当中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗(àn)物质”，科(kē)学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任(rèn)何实质性的(de)发现，除了一个地方，意大(dà)利的(de)格兰萨(sà)索山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的(de)地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经(jīng)过了20多年的(de)数据(jù)收集，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会(huì)在每(měi)年的6月份达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科学(xué)家认为(wèi)这(zhè)可能(néng)是人类发(fā)现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但(dàn)是为(wèi)什么(me)暗物质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围绕着银(yín)河系进行(xíng)移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度(dù)在穿越着暗(àn)物质流，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半(bàn)年(nián)的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环(huán)绕银河(hé)系的方向是一致的，而另(lìng)外半(bàn)年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地(dì)球与太阳的方(fāng)向正好达(dá)到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因(yīn)此科学(xué)家认为(wèi)这可以用(yòng)来解释(shì)，研(yán)究人(rén)员(yuán)们所观(guān)测到的周期性信号。当然也可(kě)能有(yǒu)其他(tā)的情况，造成(chéng)这(zhè)种年度周(zhōu)期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的(de)积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合这个周期的(de)规律(lǜ)。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们(men)又在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里的季节与之前的实(shí)验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流的运动特(tè)征和(hé)第一个(gè)实验室(shì)是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就(jiù)可以成为暗(àn)物质所存(cún)在的非(fēi)常有(yǒu)力(lì)的证(zhèng)据了。但是由(yóu)于(yú)这个(gè)实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至(zhì)目前还(hái)无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的望远镜，这(zhè)台太空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相(xiāng)同，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途(tú)就(jiù)是(shì)探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测(cè)的结(jié)果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理中心(xīn)的(de)科学(xué)家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研(yán)究(jiū)发(fā)现，如果暗物质(zhì)存在(zài)，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一(yī)理(lǐ)论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的(de)暗物质会(huì)不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗物质正在通(tōng3寸照片是几x几厘米 3寸照片是多少厘米)过这(zhè)样的效应创(chuàng)造生命(mìng)。当然(rán)，这些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的动力！

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