宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是(shì)什(shén)么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在的证据，科学(xué)家们在过(guò)去的几(jǐ)十年当(dāng)中进(jìn)行了超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但是却没(méi)有发现(xiàn)任何(hé)的有效证据。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿(dùn)发(fā)表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几百年(nián)来，当(dāng)天文学家们发现某些天(tiān)体运行(xíng)轨道(dào)出现异常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有(yǒu)未知的(de)天体通过引(yǐn)力在摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星(xīng)运(yùn)行轨道的(de)异常，推算并且发现了海王星(xīng)的(de)存在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王星的发现都是(shì)应用万(wàn)有引(yǐn)力定律所取得重大天(tiān)文成就(jiù)的例(lì)子。但是这些发现都是(shì)在(zài)恒星系统的(de)尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们上(shàng)升到(dào)星(xīng)系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研(yán)究和测量(liàng)后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在(zài)一(yī)起。测量(liàng)星系团的质量一般(bān)会使用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确(què)定其质(zhì)量的范围。

第一种是(shì)获(huò)得其"光度学的质量"，需要的(de)数(shù)据是(shì)测(cè)量各个星系(xì)的光度(dù)。

第二种是动(dòng)力学(xué)质量的(de)计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于(yú)星(xīng)系(xì)团的运(yùn)动速度。当(dāng)测量结果出来(lái)之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是(shì)“光度学(xué)质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速(sù)度的过(guò)程(chéng)中，兹威(wēi)基发(fā)现星系团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见星系(xì)的(de)质量所(suǒ)产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系(xì)团内的，它(tā)们(men)早就应该被(bèi)抛出(chū)星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来(lái)源(yuán)于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这(zhè)样部分不(bù)可见的暗质，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对(duì)这(zhè)样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在观测仙(xiān)女座(zuò)星系(xì)中的恒星运动。理(lǐ)论上来(lái)说(shuō)，距离中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在其轨道(dào)上的(de)运(yùn)行速度就(jiù)会越慢。但(dàn)是(shì)他们观(guān)测的结果却让人感到不可(kě)思(sī)议。

随着与(yǔ)中心距(jù)离(lí)的增加，恒(héng)星的旋转速(sù)度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如果没有足够大(dà)的质量来吸(xī)引它(tā)们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于(yú)这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法来解(jiě)释暗(àn)物(wù)质的存在(zài)，这种方法就是测量星系当中气(qì)体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量进入(rù)其中。

于是科学(xué)家们通过射(shè)电(diàn)望远镜测量了距(jù)离(lí)星系中心(xīn)更远距离(lí)的氢(qīng)元素(sù)，发(fā)现它(tā)们的旋转速度(dù)并不符(fú)合牛顿的力(lì)学定律。我们的太(tài)阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系(xì)的第(dì)三(sān)悬臂(bì)之上，距离银(yín)河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳(yáng)系(xì)的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的(de)原因很可(kě)能就是存在着一种我们看不(bù)到的物(wù)质，是这些(xiē)暗物质的(de)引力(lì)效应将星(xīng)系(xì)聚集在了一起。

也(yě)是从(cóng)这时开始，越来越多(duō)的研究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在(zài)星系当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释(shì)这(zhè)个(gè)现象的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们(men)发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间(jiān)，也会(huì)出现速度上的微小差异。另外，天文学(xué)家还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中存(cún)在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必(bì)须存(cún)在暗物质，否则(zé)就(jiù)会(huì)分(fēn)崩离(lí)析(xī)。但是科学家们使用最先进(jìn)的(de)望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量之(zhī)后，发(fā)现星系中侄子的老婆叫什么 姐姐的儿子是叫侄子吗的(de)恒星(xīng)运动是可以(yǐ)用正常(cháng)的物质(zhì)和力学定律来(lái)解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附(fù)近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存在。造(zào)成(chéng)这些(xiē)现象的除了(le)暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外(wài)，另一(yī)种可能就是人类(lèi)对引力的(de)理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同(tóng)尺度(dù)空(kōng)间中的(de)工作方式是不同的(de)，这意味着在行星系(xì)尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系(xì)和星团的(de)尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星(xīng)系团之(zhī)间的相互作用，科(kē)学家还引入(rù)了外部场效(xiào)应的概(gài)念，指的是在数百万光(guāng)年的规模(mó)上，巨大的质(zhì)量之间会(huì)产(chǎn)生对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着(zhe)我们(men)需要对现在的物理定(dìng)律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗(àn)物(wù)质假说(shuō)理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质(zhì)存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们大部(bù)分的(de)普通质量都在星(xīng)系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温(wēn)度的急(jí)剧升(shēng)高，速度大幅降低(dī)。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将位于所有这(zhè)些气体(tǐ)所(suǒ)在的中间区(qū)域(yù)。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照片中我(wǒ)们可以(yǐ)明显地(dì)看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其(qí)实这些(xiē)星系本身并不是真的(de)被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问(wèn)题，而(ér)是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球(qiú)上的观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量的(de)东(dōng)西的引(yǐn)力(lì)，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发(fā)生(shēng)了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大(dà)质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现(xiàn)它(tā)的大质量区域并不(bù)是(shì)在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量(liàng)气体(tǐ)被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质则直(zhí)接通过(guò)了这个区域，并(bìng)在两边(biān)形成了引力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为(wèi)是暗(àn)物质(zhì)存在的迄(qì)今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上(shàng)留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温(wēn)度(dù)较高的(de)区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差(chà)只有万分之一。

科学(xué)家(jiā)们(men)通过对前(qián)景背(bèi)景分(fēn)离后(hòu)的二值图像进行连(lián)通域提(tí)取(qǔ)和标记之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背(bèi)景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所(suǒ)需要(yào)的(de)暗物质比例是(shì)一(yī)致(zhì)的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很(hěn)好(hǎo)地解释了(le)很多(duō)不同的观测(cè)结果。而暗物质的本(běn)质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何(hé)其他的电磁(cí)作用，只通(tōng)过引力来相互作用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻(xún)找这些不同的(de)目标粒(lì)子所需(xū)要的实验方式也不相(xiāng)同。在过(guò)去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会与(yǔ)常规物质相互(hù)作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过(guò)50次(cì)的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实(shí)质性的发现，除了一个地(dì)方，意(yì)大利的格兰(lán)萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科(kē)学(xué)家声称(chēng)观(guān)测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数据收集(jí)，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情(qíng)。探测(cè)率会在每年(nián)的(de)6月份达到(dào)峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能(néng)是人(rén)类发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银河系(xì)进(jìn)行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)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(gè)过程(chéng)中(zhōng)会产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年(nián)的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致(zhì)的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达(dá)到完全一致(zhì)，这是理论上地球(qiú)穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对(duì)银河(hé)系(xì)的平面呈现了60度(dù)的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不影响这(zhè)个(gè)理论的(de)有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认为这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到的(de)周期(qī)性信号(hào)。当(dāng)然也(yě)可能有其他的情况，造成(chéng)这种年度(dù)周期信号的差(chà)异也可能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚至连意(yì)大(dà)利(lì)游客的数量也符合(hé)这个周期(qī)的规律(lǜ)。

所(suǒ)以(yǐ)，科(kē)学家们又(yòu)在南半球建立了(le)一个几乎相同(tóng)的实(shí)验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一(yī)个(gè)实(shí)验(yàn)室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应(yīng)的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器(qì)提供(gōng)的视野是(shì)哈(hā)勃红(hóng)外仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在，它(tā)们极有可能拥有另一(yī)种神(shén)秘(mì)的(de)效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)生命的(de)诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要(yào)因素(sù)。

如果这一(yī)理论得到(dào)进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意(yì)味着(zhe)人(rén)类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大(dà)前提是要先找到暗物质存(cún)在的(de)实际证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得暗(àn)物质(zhì)到底存不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力！

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