宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗(àn)物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的几十(shí)年当中(zhōng)进行了超(chāo)过50次(cì)的长期实验，但是(shì)却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了(le)万(wàn)有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动(dòng)的(de)规律。往后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天(tiān)文学家(jiā)们发(fā)现某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不(bù)符合万有引(yǐn)力定(dìng)律的时候(hòu)，他们就会(huì)知道，周围一定有未知(zhī)的天体(tǐ)通过引力(lì)在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星的(de)发(fā)现(xiàn)都(dōu)是应用万(wàn)有引力定(dìng)律所取得重(zhòng)大天文成就的例(lì)子。但是(shì)这(zhè)些发现(xiàn)都(dōu)是在恒(héng)星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上(shàng)升(shēng)到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测(cè)量后发星系团的质量。这是(shì)一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系(xì)团的质(zhì)量一般会(huì)使(shǐ)用到(dào)两种方法，当两种方(fāng)法结(jié)果一(yī)致(zhì)，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的(de)质量"，需要的(de)数据是测量各个(gè)星系的光(guāng)度。

第(dì)二种(zhǒng)是(shì)社戏主要内容概括及中心思想50字，社戏,的主要内容动力(lì)学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系相对(duì)于星系团的(de)运动速度。当测量结(jié)果(guǒ)出来(lái)之(zhī)后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了(le)，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不(bù)以可(kě)见光(guāng)的形式(shì)所(suǒ)存(cún)在，我们无(wú)法看到。最诡异(yì)的是(shì)，在测量速度的过(guò)程(chéng)中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定(dìng)律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见(jiàn)星系的(de)质量所产生(shēng)的(de)引力是无法将它们(men)束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘(mì)的力量在(zài)起(qǐ)作用，这种力(lì)量(liàng)来源于某(mǒu)种隐形的物(wù)质。

据此，兹(zī)维基提出了(le)这(zhè)样部(bù)分不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它(tā)们(men)却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的质量(liàng)。只是当时的人们(men)对(duì)这样的一(yī)种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才再(zài)一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在观(guān)测仙女座星系(xì)中的恒星(xīng)运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是(shì)他们观测的(de)结果却让人感(gǎn)到(dào)不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的(de)质(zhì)量来吸(xī)引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象(xiàng)，科(kē)学家(jiā)们会使用一种相对标准的方法来解释(shì)暗物质的(de)存(cún)在，这种方法就(jiù)是测量(liàng)星系当中(zhōng)气(qì)体在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋转速(sù)度。如果出(chū)现异(yì)常的结果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗物质(zhì)的力量进入其中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通(tōng)过(guò)射电望远镜(jìng)测量(liàng)了距离(lí)星系(xì)中心更远距离的(de)氢元素，发(fā)现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的(de)力(lì)学定律。我们的(de)太阳系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有引力(lì)定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速度围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度(dù)，那么(me)产生(shēng)以上(shàng)这种向心加速(sù)度的(de)原(yuán)因(yīn)很(hěn)可能就是存在着一种我们看不到的(de)物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚(jù)集(jí)在(zài)了一起。

也(yě)是从这(zhè)时开始，越来越(yuè)多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的(de)存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星(xīng)系当(dāng)中暗(àn)物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应(yīng)的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速(sù)度(dù)上(shàng)的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学家(jiā)还发(fā)现了一个(gè)反常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大(dà)小和(hé)银河系不(bù)多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量却只有银河系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系(xì)必须存在(zài)暗物质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但是(shì)科学(xué)家们使用最(zuì)先进的望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了(le)40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运(yùn)动是可(kě)以(yǐ)用正常的物(wù)质和(hé)力(lì)学定律来解释的(de)。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个(gè)大星(xīng)系(xì)剥离了(le)。奇怪的是(shì)，它的附近(jìn)没有任何星(xīng)系存(cún)在。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一(yī)种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还(hái)不够全面，引力很(hěn)可能(néng)在(zài)不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这(zhè)意味着在行星系(xì)尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上(shàng)升到星系和(hé)星团的尺度，引力之间的(de)相互作用则(zé)是不(bù)同的方式。对于(yú)在星系团之间的相互作(zuò)用(yòng)，科学家还引入(rù)了外(wài)部场效应(yīng)的概(gài)念(niàn)，指(zhǐ)的(de)是在数(shù)百万光年的规(guī)模上(shàng)，巨(jù)大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些(xiē)发现也让(ràng)很(hěn)多人认为(wèi)暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但(dàn)是(shì)在(zài)宇宙当中还(hái)有关(guān)于(yú)暗物质存在的其(qí)他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没法解释(shì)的(de)“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的(de)星系(xì)团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质量(liàng)都在星系(xì)的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互(hù)作用就会导(dǎo)致温(wēn)度的急(jí)剧升高，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所(suǒ)有这些气(qì)体所在(zài)的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们通过什(shén)么来验证它的(de)质量区域(yù)到底是不是集中在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯太(社戏主要内容概括及中心思想50字，社戏,的主要内容tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照片(piàn)，在(zài)照片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产(chǎn)生了(le)巨大的(de)形变(biàn)。其(qí)实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了(le)什么问题(tí)，而是这样(yàng)极(jí)遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们地球上的观测(cè)者(zhě)之间(jiān)。被一个质(zhì)量超级(jí)巨大的天(tiān)体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大(dà)质量(liàng)的(de)东(dōng)西的(de)引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能(néng)是(shì)超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系(xì)团观测的(de)时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团发生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可(kě)被观测(cè)到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个(gè)区(qū)域(yù)，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过(guò)对前景背(bèi)景分离后的二值(zhí)图像进(jìn)行连通域提取和(hé)标记之后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗(àn)物质(zhì)大约(yuē)是普通物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解释星系当(dāng)中恒星运动(dòng)所需(xū)要的暗物(wù)质(zhì)比例(lì)是一致的(de)。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了(le)一个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释(shì)了(le)很多不(bù)同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存在(zài)着某(mǒu)种类型的(de)粒(lì)子，它(tā)们不参与(yǔ)任何其他的(de)电磁(cí)作用，只通过引力来(lái)相互(hù)作用。所以如果能够(gòu)找到这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了(le)暗物质存在(zài)的实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是什(shén)么？科学家(jiā)们已经(jīng)提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所(suǒ)需要的(de)实验方式也不(bù)相同。在过去的(de)几十年当中，人(rén)类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了(le)超过(guò)50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一个(gè)地方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三(sān)层楼高的探测(cè)器(qì)，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发(fā)现了一个有趣(qù)的(de)事情。探(tàn)测率会在每年的(de)6月(yuè)份达(dá)到峰值，然后(hòu)在社戏主要内容概括及中心思想50字，社戏,的主要内容(zài)11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年(nián)都是一样。一(yī)些科学家认为这可能是人类发(fā)现暗(àn)物质的第一个(gè)直(zhí)接证据。

但是(shì)为(wèi)什(shén)么暗物质会(huì)产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移(yí)动(dòng)，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味(wèi)着我们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物质流(liú)，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的(de)时(shí)间，地球(qiú)围(wéi)绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的(de)方向是(shì)一致的，而另外半年则(zé)与(yǔ)之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的时(shí)候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方向正(zhèng)好达(dá)到完全一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗物质流(liú)最(zuì)快的时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系(xì)相(xiāng)对银(yín)河系的(de)平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是(shì)这(zhè)并不影响这个(gè)理论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这可(kě)以(yǐ)用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也(yě)可(kě)能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成这(zhè)种(zhǒng)年(nián)度周期信号的差异也可(kě)能是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客(kè)的(de)数量也符合(hé)这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半(bàn)球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过(guò)暗物(wù)质(zhì)流的运动(dòng)特征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如(rú)果在(zài)这里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的非常(cháng)有(yǒu)力的(de)证据(jù)了。但(dàn)是由(yóu)于这个实验室(shì)刚刚建(jiàn)成(chéng)不(bù)久，所以截至目(mù)前还(hái)无法提供(gōng)相(xiāng)应的数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的(de)望远镜(jìng)，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视(shì)场仪(yí)器提供的(de)视野是哈勃红(hóng)外仪(yí)器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)其中(zhōng)一(yī)个(gè)关(guān)键的用途就(jiù)是探(tàn)索暗物质(zhì)背后的(de)奥(ào)秘，对于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭目以待了(le)。费米实(shí)验室(shì)粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在，它们(men)极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘(mì)的(de)效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化(huà)的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到(dào)进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗(àn)物质(zhì)会不会意(yì)味(wèi)着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创造生(shēng)命(mìng)。当(dāng)然(rán)，这些推论的大(dà)前提是要先找到暗物质存在的(de)实际证据。那(nà)么小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质到底存(cún)不存在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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