宇(yǔ)宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法(fǎ)解(jiě)释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是(shì)什么(me)？人类为了寻(xún)找暗物质(zhì)存(cún)在的证据，科(kē)学家们在过(guò)去的(de)几十年当中进行了超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发(fā)现(xiàn)任(rèn)何(hé)的有效证据。除了一(yī)个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学(xué)数学原理(lǐ)一书中，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表了万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几百年来(lái)，当天文学家们(men)发现(xiàn)某些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不(bù)符合万有引力定(dìng)律(lǜ)的时候(hòu)，他们就会(huì)知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过引力在(zài)摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨(guǐ)道的(de)异常，推算(suàn)并且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万(wàn)有引(yǐn)力定律所取得重大天文成(chéng)就的(de)例子。但是这些发现都(dōu)是在恒(héng)星系(xì)统的(de)尺度(dù)当中，可当(dāng)我们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发(fā)星系团的(de)质量。这(zhè)是一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测(cè)量(liàng)星系团(tuán)的质(zhì)量一般会使(shǐ)用(yòng)到(dào)两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结果一(yī)致，就(jiù)可以确定其质量(liàng)的范围。

第(dì)一种是获得其"光度(dù)学的质(zhì)量"，需要(yào)的数据(jù)是(shì)测(cè)量(liàng)各个星系(xì)的光度。

第(dì)二种是动力学质(zhì)量的计算，是(shì)利用光(guāng)谱红移测量星系(xì)团(tuán)中的各个星系相对(duì)于星系团的运动速度(dù)。当(dāng)测量结(jié)果出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然是(shì)“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发座(zuò)星(xīng)系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的(de)形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的(de)过程(chéng)中，兹(zī)威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多(duō)星系(xì)的速度比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动(dòng)学(xué)定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见(jiàn)星系(xì)的质量所产生的引力是(shì)无法将它们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出(chū)星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量(liàng)来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了这(zhè)样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质量。只是当(dāng)时的(de)人们(men)对这样的(de)一种说法不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星(xīng)运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度(dù)就会越(yuè)慢。但(dàn)是(shì)他们观测的结果却(què)让人感(gǎn)到(dào)不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛(niú)顿(dùn)的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在星系当中如果没有(yǒu)足(zú)够大(dà)的质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释暗物质的存(cún)在，这(zhè)种方法就是测(cè)量星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上(shàng)距(jù)离(lí)星系中心的距离(lí)，以及(jí)在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出现异常的(de)结果，就认(rèn)为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家(jiā)们通过(guò)射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距(jù)离星(xīng)系中心更(gèng)远距(jù)离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太(tài)阳(yáng)系位于银河系的(de)第三(sān)悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕银河(hé)系(xì)旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远(yuǎn)远大于理论速(sù)度，那么产(chǎn)生以上这种向心加(jiā)速度的原因(yīn)很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质(zhì)的(de)引力(lì)效应(yīng)将星系聚集(jí)在了一起。

也(yě)是从这(zhè)时(shí)开始(shǐ)，越来越多的研究人员(yuán)开始相信(xìn)暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的(de)速度(dù)，估算在(zài)星系当(dāng)中(zhōng)暗物质的质量(liàng)占整个星系质(zhì)量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并不(bù)是唯一可以(yǐ)解释(shì)这(zhè)个现象的原因。在(zài)一项新的(de)研究(jiū)当中(zhōng)，科学(xué)家们发(fā)现，几(jǐ)乎没(méi)有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上(shàng)的(de)微小差异。另(lìng)外，天文学家还(hái)发现了一个(gè)反常(cháng)的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球(qiú)大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和(hé)银河系不(bù)多(duō)，但是星(xīng)系当中存(cún)在的恒星数量(liàng)却(què)只有银河系的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论上，该星(xīng)系必须(xū)存在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行了40个(gè)小时的(de)详细测量(liàng)之后，发现星(xīng)系中的恒星运动(dòng)是(shì)可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解释的。那(nà)么又(yòu)有(yǒu)人提出，也(yě)许该星系(xì)的(de)暗(àn)物质(zhì)，已(yǐ)经(jīng)被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任(rèn)何星系(xì)存(cún)在。造成这(zhè)些现象(xiàng)的(de)除了暗物质的假说(shuō)之(zhī)外，另一种可能就是(shì)人(rén)类对引力的(de)理解还不够全面，引力很可(kě)能(néng)在(zài)不同尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这(zhè)意(yì)味着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按(àn)照(zhào)我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星(xīng)系和星团的(de)尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同(tóng)的(de)方式。对于在(zài)星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还(hái)引入(rù)了外(wài)部场效应的概(gài)念(niàn)，指的是在数百万光(guāng)年的(de)规模上，巨大的质量(liàng)之间会(huì)产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的(de)效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要对(duì)现在的物理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些(xiē)发现(xiàn)也让很多(duō)人认为暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于暗物质存(cún)在的其他的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹(dàn)星系团，由两个(gè)碰撞的(de)星系(xì)团(tuán)所组成，类似(shì)这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量都在星(xīng)系的气体当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气(qì)体的相互作(zuò)用(yòng)就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的(de)质量(liàng)将位于所有这(zhè)些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域。那么(me)我们通过(guò)什么来验证它的(de)质量区域(yù)到底是(shì)不是集中在中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片(piàn)，在照(zhào)片中我们可以明显地看到很(hěn)多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系(xì)本身(shēn)并不(bù)是(shì)真(zhēn)的(de)被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么问题，而(ér)是这样(yàng)极(jí)遥远的天体(tǐ)和我们(men)地球上的观测者之间(jiān)。被一(yī)个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个(gè)超(chāo)大(dà)质量的东西的引力，会(huì)使(shǐ)身后(hòu)更遥远星系的(de)光都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这个现象(xiàng)就是(shì)引力透(tòu)镜效应。这个巨(jù)大的天体(tǐ)可能是超(chāo)大质量(liàng)的(de)黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对(duì)子弹星系团(tuán)观(guān)测的时候，发现它的大质量区域并不是在中间(jiān)，而(ér)是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是(shì)当星团发生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到的质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并(bìng)在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认(rèn)为(wèi)是暗物质存在(zài)的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

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除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见(jiàn)光终于(yú)可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年(nián)之(zhī)后，这(z文章千古事得失寸心知是谁的诗句名句，文章千古事 得失寸心知是谁的名句hè)些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上留下(xià)了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色(sè)则(zé)表示相(xiāng)对较冷(lěng)的区(qū)域，但实际上它们(men)之(zhī)间的温差只(zhǐ)有万分(fēn)之(zhī)一(yī)。

科学家们通(tōng)过(guò)对(duì)前景背景(jǐng)分离后的二值图像进行连通(tōng)域提取和标(biāo)记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来不(bù)应该是这样的(de)，而随着(zhe)暗物质的增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物质(zhì)大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一个(gè)简单的理论框架，就很(hěn)好地解释(shì)了很多不(bù)同(tóng)的观(guān)测结果。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相(xiāng)当(dāng)于找到了暗物(wù)质(zhì)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(chū)了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子(zi)所需要的实验方式也不相(xiāng)同(tóng)。在过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任(rèn)何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下(xià)矿井(jǐng)当(dāng)中，藏(cáng)着地球上(shàng)最(zuì)大的地学实验室，这个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一(yī)直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测(cè)到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们(men)发现了一个有(yǒu)趣的事情。探(tàn)测率会在每年的(de)6月份达到(dào)峰值，然(rán)后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是(shì)一样(yàng)。一(yī)些科(kē)学家(jiā)认(rèn)为(wèi)这可能是人(rén)类发现暗物(wù)质的(de)第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性(xìng)的年(nián)度信(xìn)号呢？刚才我们讲了(le)太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移(yí)动，那么如(rú)果暗物质存(cún)在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速(sù)度在穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年的时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河(hé)系(xì)的方向(xiàng)是一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的(de)时段(duàn)。而在(zài)11月份(fèn)，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的(de)情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对(duì)银河系(xì)的(de)平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影响这个(gè)理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此科学(xué)家(jiā)认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测到的周期性信(xìn)号。当(dāng)然也(yě)可能有其他(tā)的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年度(dù)周(zhōu)期信(xìn)号的(de)差异也可能(néng)是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符(fú)合这个(gè)周(zhōu)期的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们又在(zài)南半球建立了一个几乎相同的(de)实(shí)验(yàn)室，这里的季节与之前的实验(yàn)室(shì)正好相反，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第一(yī)个实验室是(shì)一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到(dào)相同(tóng)的信号，就可以成(chéng)为暗物(wù)质所(suǒ)存在的非常有力(lì)的证据(jù)了。但是由于这(zhè)个实(shí)验室(shì)刚刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以截至目前还无法提(tí)供相应的(de)数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提(tí)供(gōng)的(de)视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的用途就(jiù)是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭(shì)目(mù)以待了。费米实验室(shì)粒子(zi)天体物(wù)理中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在(zài)，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗物(wù)质(zhì)会(huì)不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落的(de)行星上，暗物质正在通过这样的效应创造(zào)生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗(àn)物质存(cún)在的(de)实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你(nǐ)的(de)支持是我更新的动(dòng)力！

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