宇宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的(de)？为(wèi)何(hé)会存在科(kē)学无法解(jiě)释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年(nián)当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没(méi)有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力(lì)定律，它(tā)揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天(tiān)文学(xué)家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异(yì)常，不符(fú)合万有(yǒu)引力定(dìng)律的时候，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知的天体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的(de)存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的发现都是应用(yòng)万有引力定律(lǜ)所取得(dé)重大天(tiān)文成(chéng)就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发现(xiàn)都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的(de)尺度(dù)，事(shì)情(qíng)就开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星(xīng)系团的质量。这是一(yī)个由数千(qiān)个(gè)星(xīng)系所组成的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被引力束缚在一(yī)起。测(cè)量(liàng)星系团的质量(liàng)一般会(huì)使用(yòng)到两(liǎng)种(zhǒng)方法(fǎ)，当(dāng)两种方法(fǎ)结果一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第一(yī)种是(shì)获得其"光度(dù)学的(de)质量"，需要(yào)的数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第(dì)二(èr)种(zhǒng)是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对(duì)于(yú)星系团的运动(dòng)速度。当测(cè)量结(jié)果(guǒ)出来(lái)之后，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动力(lì)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%的质量消失(shī)了(le)，或(huò)者(zhě)说这(zhè)99%的质量并不以可见(jiàn)光的(de)形(xíng)式所存在，我们(men)无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基(jī)发(fā)现星系团中很多星系的速度比理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它(tā)们(men)束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的力(lì)量在起(qǐ)作(zuò)用，这种力量(liàng)来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样(yàng)部分不可见的(de)暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这(zhè)样的一(yī)种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词(cí)才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在观测(cè)仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离(lí)中(zhōng)心越远的(de)恒星在(zài)其轨道(dào)上(shàng)的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却让人感到不可思议(yì)。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据(jù)牛(niú)顿的(de)万有引力定律，在星系当中如(rú)果没(méi)有足(zú)够大的质(zhì)量(liàng)来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于(yú)这种现象，科学家(jiā)们会使用一(yī)种相对标准的方法(fǎ)来解释暗(àn)物(wù)质的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是测(cè)量(liàng)星系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度(dù)。如果出现异常(cháng)的(de)结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距(jù)离星系中(zhōng)心(xīn)更(gèng)远距离的氢元(yuán)素，发(fā)现它们(men)的旋转(zhuǎn)速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银(yín)河系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行(xíng)速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实际速度(dù)远远大于(yú)理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存(cún)在着一种(zhǒng)我们(men)看不(bù)到的物(wù)质，是这些暗物质(zhì)的引(yǐn)力效应将星系(xì)聚集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开(kāi)始，越来越(yuè)多的研究人(rén)员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道(dào)的速度，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质并不是(shì)唯一可以解(jiě)释这个现象(xiàng)的原因。在一(yī)项新的研(yán)究(jiū)当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小差(chà)异。另外，天(tiān)文学(xué)家(jiā)还(hái)发(fā)现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系(xì)不多，但是(shì)星系当中存(cún)在的恒星数(shù)量(liàng)却只有银(yín)河(hé)系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系(xì)必须存(cún)在(zài)暗物(wù)质，否(fǒu)则(zé)就会分崩(bēng)离析(xī)。但是科学(xué)家(jiā)们使用最先(xiān)进的望远镜对(duì)其进行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发(fā)现(xiàn)星系(xì)中的恒星运动是可(kě)以用正常的物质(zhì)和力学定律来解释(shì)的。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已(yǐ)经被附(fù)近的另一(yī)个(gè)大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有(yǒu)任(rèn)何(hé)星系(xì)存在。造成这些现象的除(chú)了(le)暗物质的假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人(rén)类对引(yǐn)力(lì)的理解还不够全(quán)面(miàn)，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作(zuò)方式是(shì)不(bù)同的，这意味着在行星系尺度(dù)中(zhōng)的天(tiān)体(tǐ)会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们(men)所(suǒ)理解的方式运动。但是(shì)上升到星系和星团(tuán)的(de)尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科学家(jiā)还引入(rù)了外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如(rú)果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在(zài)的(de)物理定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发现也让很多(duō)人认(rèn)为暗物质(zhì)假说理论(lùn)就此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他(tā)的理(lǐ)论证据(jù)，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距(jù)离为37亿光(guāng)年(nián)的子(zi)弹星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部(bù)分的(de)普通质量都在星系的气(qì)体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时(shí)候，星际气体的相互(hù)作用就(jiù)会导(dǎo)致温(wēn)度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团大(dà)部(bù)分的质量(liàng)将位于所有这些气体所(suǒ)在的(de)中间区(qū)域。那么我(wǒ)们(men)通过什么来验证它的(de)质量区(qū)域到(dào)底是不是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在照片中我们(men)可以明(míng)显地看(kàn)到(dào)很(hěn)多(duō)星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实(shí)这些星系本(běn)身并不(bù)是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜(jìng)出(chū)了什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们(men)地球上(shàng)的观测(cè)者之间。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨大的(de)天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的东西的(de)引力，会(huì)使身(shēn)后更遥(yáo)远(yuǎn)星系(xì)的(de)光都发生了扭曲。这(zhè)个(gè)现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能(néng)是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人们(men)对(duì)子弹(dàn)星系团观测(cè)的(de)时候，发(fā)现它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上留下(xià)了各相同(tóng)性(xìng)的微波(bō)辐射(shè)。其(qí)中(zhōng)红色的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区(qū)域，但实际(jì)上(shàng)它(tā)们之间(jiān)的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过(guò)对前景背景(jǐng)分离(lí)后的(de)二值图像进(jìn)行连通域提取和(hé)标记之(zhī)后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗(àn)物质(zhì)，图(tú)形看起来(lái)不应(yīng)该是(shì)这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度(dù)会(huì)减小，才变(biàn)得(dé)看起(qǐ)来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的(de)测量(liàng)值，我们(men)需(xū)要(yào)的暗物(wù)质大约是普通(tōng)物(wù)质(zhì)的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星(xīng)运动所(suǒ)需要的暗物质比例是(shì)一致(zhì)的。这就意味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多(duō)不同(tóng)的观(guān)测结果。而暗(àn)物质(zhì)的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相当于找到(dào)了(le)暗(àn)物质存(cún)在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学(xué)家们已经提出了数(shù)十种的假想目(mù)标，而(ér)要寻找这些不(bù)同的目标(biāo)粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在(zài)过去(qù)的几十(shí)年当中(zhōng)，人类为了寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸不到(dào)，几乎(hū)不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗(àn)物(wù)质(zhì)”，科(kē)学家们已经(jīng)进行了(le)超(chāo)过50次的实验，却没有(yǒu)任何(hé)实质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一(yī)个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球上最大的地学(xué)实验马美如简介室，这(zhè)个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层(céng)楼(lóu)高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒(lì)子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观测(cè)到(dào)了某种信号。经过了20多(duō)年的数(shù)据收集(jí)，人们(men)发现了一个有趣(qù)的事情。探测(cè)率会(huì)在每年的6月份达(dá)到峰值，然(rán)后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而且(qiě)在20年(nián)当中每年都是一样。一些(xiē)科学家(jiā)认为这可能是(shì)人类(lèi)发现(xiàn)暗物质的第一(yī)个(gè)直接证据(jù)。

但是为什么暗物质(zhì)会(huì)产生(shēng)周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的(de)速(sù)度围绕着银河(hé)系(xì)进(jìn)行(xíng)移动，那(nà)么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的速(sù)度在穿越着暗(àn)物质流(liú)，这个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方(fāng)向是一致(zhì)的，而(ér)另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球(qiú)与太(tài)阳(yáng)的方向正好达到完全(quán)一致，这(zhè)是(shì)理论上地球(qiú)穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达(dá)到了(le)最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太(tài)阳系相对银河系(xì)的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这并不影响这个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期(qī)性信(xìn)号。当然也可能有(yǒu)其他的(de)情(qíng)况，造(zào)成这种(zhǒng)年(nián)度周期信号的差异(yì)也可能是温度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高(gāo)山上(shàng)的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的数(shù)量也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室，这里的(de)季节与之前的(de)实验(yàn)室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第一(yī)个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在(zài)的(de)非常有力(lì)的(de)证据(jù)了(le)。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相(xiāng)应的(de)数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太(tài)空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃红(hóng)外(wài)仪器的(de)100倍。南(nán)希格(gé)雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就马美如简介是探索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的科(kē)学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在(zài)，它们(men)极有可(kě)能拥(yōng)有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)生命的(de)诞生(shēng)，或者说是生命(mìng)进化的一个(gè)重要(yào)因素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并(bìng)不孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗物(wù)质(zhì)正(zhèng)在通过(guò)这(zhè)样的效(xiào)应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是要先(xiān)找到(dào)暗物(wù)质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力(lì)！

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