宇宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为何(hé)会(huì)存在科(kē)学(xué)无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质存在的证据，科(kē)学家们在手指的速度越快声音越大，撞得越快叫的声音越(zài)过去的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期(qī)实(shí)验，但(dàn)是却(què)没(méi)有发(fā)现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出(chū)版的(de)自(zì)然(rán)哲(zhé)学数学(xué)原理(lǐ)一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了(le)万有引力定(dìng)律，它(tā)揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的(de)规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天(tiān)文(wén)学家(jiā)们发现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出(chū)现异(yì)常，不符(fú)合万有引力定律的(de)时候，他(tā)们(men)就会知道，周围(wéi)一定有未(wèi)知的天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄(shè)动它的(de)轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常(cháng)，推算并且(qiě)发(fā)现了海(hǎi)王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星的发现都是(shì)应用万有引力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大天文(wén)成(chéng)就(jiù)的例子。但是这些(xiē)发现都(dōu)是在恒(héng)星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到(dào)星(xīng)系(xì)或者是星团的(de)尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和(hé)测量后发(fā)星(xīng)系团的质量。这(zhè)是一个由数千个星系(xì)所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质(zhì)量一般(bān)会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就可以确定其质量的(de)范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度(dù)学的(de)质量(liàng)"，需(xū)要的数据是测量各(gè)个星系的光度(dù)。

第二种是动力学(xué)质量的(de)计(jì)算，是利用光谱红移(yí)测(cè)量星(xīng)系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的(de)运(yùn)动速(sù)度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动(dòng)力学(xué)质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味(wèi)着，后(hòu)发座星(xīng)系团有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者(zhě)说这99%的(de)质量(liàng)并不(bù)以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过(guò)程中，兹威基发(fā)现星系(xì)团中(zhōng)很(hěn)多星系的(de)速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见星系(xì)的质量所(suǒ)产生(shēng)的引力是无(wú)法将它们(men)束缚在(zài)星系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的(de)物质。<手指的速度越快声音越大，撞得越快叫的声音越/p>

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时(shí)的(de)人们(men)对这(zhè)样的一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在(zài)观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离(lí)中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在其(qí)轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的结果却让(ràng)人感(gǎn)到不可思(sī)议(yì)。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引力(lì)定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大(dà)的质量来吸引(yǐn)它们(men)，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了(le)。基(jī)于(yú)这种现象，科学家们会使用一种相对标准的(de)方法(fǎ)来解释暗物质的(de)存(cún)在(zài)，这种方法就是(shì)测(cè)量(liàng)星(xīng)系当中气体在X轴上距(jù)离星(xīng)系中(zhōng)心(xīn)的距离(lí)，以及(jí)在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的(de)旋(xuán)转速(sù)度(dù)。如(rú)果出现(xiàn)异常的(de)结果，就认为是由暗物质(zhì)的力(lì)量进入其(qí)中。

于是(shì)科学家(jiā)们(men)通过(guò)射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿(dùn)的力学(xué)定(dìng)律。我们的太阳(yáng)系也不例(lì)外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力(lì)定律进行计算(suàn)，太(tài)阳系的运行(xíng)速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于(yú)理(lǐ)论(lùn)速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度(dù)的原(yuán)因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是(shì)这些(xiē)暗(àn)物质(zhì)的引力(lì)效应将(jiāng)星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的研究人(rén)员开始相信(xìn)暗物质的存(cún)在。科学家根(gēn)据星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的(de)速(sù)度，估(gū)算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不是唯一可以解(jiě)释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研(yán)究当中(zhōng)，科学(xué)家们(men)发(fā)现，几乎没有引(yǐn)力效应(yīng)的(de)遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是(shì)星(xīng)系(xì)当中存在的恒(héng)星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河(hé)系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物(wù)质，否则就会分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运动是(shì)可以(yǐ)用正常的(de)物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附(fù)近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星系(xì)存(cún)在。造(zào)成(chéng)这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理解还(hái)不够全面，引(yǐn)力很可能(néng)在不同尺度空间中的(de)工作方(fāng)式(shì)是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式运动(dòng)。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系(xì)团之间的相互(hù)作用，科学(xué)家(jiā)还引入了外部(bù)场效(xiào)应的概(gài)念，指的是(shì)在数百万光(guāng)年的规模上，巨大的(de)质量之间(jiān)会(huì)产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们(men)需(xū)要对现在的物理定(dìng)律进行修正，这些发现也让很(hěn)多人认(rèn)为暗(àn)物质假说理论就此终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的其(qí)他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论(lùn)证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团所组成(chéng)，类似这样(yàng)的星团，它们大(dà)部分的普通质量都在星系的气体当中。当星(xīng)团以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温度的急剧(jù)升高，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将(jiāng)位(wèi)于所有这些(xiē)气体所在的中间区域。那(nà)么我们(men)通过什么来验证它(tā)的(de)质量区域到底是(shì)不是集中在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照片中我们(men)可以明显地看到很多(duō)星(xīng)系似(shì)乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些星(xīng)系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的(de)观测(cè)者之间。被一(yī)个质量超级巨(jù)大的天(tiān)体遮挡，这个超大质(zhì)量的东(dōng)西的引力(lì)，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的(de)光都发(fā)生了(le)扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体(tǐ)可(kě)能(néng)是超(chāo)大(dà)质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观测的时候，发现它的(de)大(dà)质(zhì)量区(qū)域并(bìng)不是在(zài)中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释方法就(jiù)是当星团(tuán)发(fā)生全(quán)部的碰撞时，可被(bèi)观(guān)测到的质量(liàng)气体被卡在(zài)了中(zhōng)间(jiān)，暗(àn)物质则直接通(tōng)过(guò)了这个区域(yù)，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团(tuán)的引力透镜研究也(yě)被认为(wèi)是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的(de)理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下(xià)了各相(xiāng)同性(xìng)的微波(bō)辐射(shè)。其(qí)中(zhōng)红色的(de)部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们(men)之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进(jìn)行连通(tōng)域提(tí)取和标(biāo)记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而(ér)随着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些峰(fēng)值的幅度会(huì)减小，才(cái)变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普(pǔ)通(tōng)物(wù)质的5倍。这个(gè)数字与解(jiě)释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一(yī)个(gè)简(jiǎn)单(dān)的理(lǐ)论(lùn)框(kuāng)架，就(jiù)很好(hǎo)地解(jiě)释(shì)了很多不同的观(guān)测结果。而暗物质的本(běn)质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子(zi)，它(tā)们(men)不参(cān)与任何其他(tā)的电磁(cí)作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找手指的速度越快声音越大，撞得越快叫的声音越(zhǎo)到(dào)了暗(àn)物(wù)质存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提(tí)出了(le)数十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需(xū)要(yào)的实验方式也不相同(tóng)。在过(guò)去的几十年(nián)当中，人(rén)类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与常规物质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗物(wù)质(zhì)”，科(kē)学家们已经进行了超过50次(cì)的实验(yàn)，却(què)没有(yǒu)任何实质性(xìng)的发现，除了(le)一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉(mài)。

在(zài)山下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大的地(dì)学实验室(shì)，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个(gè)三层(céng)楼高的(de)探测器(qì)，一直(zhí)致力(lì)于寻(xún)找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科(kē)学家(jiā)声称观(guān)测(cè)到了某种信号。经过了(le)20多年(nián)的数据收(shōu)集(jí)，人们发现(xiàn)了一(yī)个有趣的事情。探(tàn)测率(lǜ)会在每年的(de)6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年(nián)当中每(měi)年都是一(yī)样(yàng)。一些科学家认(rèn)为(wèi)这可能是人类发现暗物(wù)质(zhì)的第一个直接证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么(me)如果暗(àn)物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们(men)也在(zài)以这样的速度在(zài)穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的(de)振荡，同(tóng)时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太(tài)阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时间，地球围(wéi)绕太阳的(de)方向(xiàng)与(yǔ)太(tài)阳环(huán)绕(rào)银河系(xì)的方向是一(yī)致的，而另(lìng)外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地(dì)球与太(tài)阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质(zhì)流最(zuì)快的(de)时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达(dá)到了(le)最(zuì)慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银(yín)河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这(zhè)并不影响这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)的有(yǒu)效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人(rén)员们所观(guān)测(cè)到的周期性信号(hào)。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这种(zhǒng)年(nián)度周(zhōu)期信(xìn)号的差异(yì)也(yě)可能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客(kè)的数(shù)量也符合(hé)这个周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球建立(lì)了一个几(jǐ)乎相同的实验室(shì)，这里的季节与之前的实验室(shì)正好(hǎo)相反，而(ér)在(zài)这里，地(dì)球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第(dì)一个实(shí)验室是一(yī)样的(de)。

因此，如果在这里(lǐ)可以(yǐ)得到相同的(de)信(xìn)号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个实验室(shì)刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发(fā)射(shè)一台(tái)新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟(gēn)哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但它(tā)的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗(luó)曼(màn)太空望(wàng)远镜(jìng)其中(zhōng)一个关键的(de)用途就是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天(tiān)体物理(lǐ)中心的科学(xué)家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在(zài)，它们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种神(shén)秘的效应，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落的行星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这样的效(xiào)应创造(zào)生命。当(dāng)然，这些(xiē)推论(lùn)的(de)大前提是(shì)要先(xiān)找到暗物质存(cún)在的实际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更(gèng)新(xīn)的动力！

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