宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在(zài)科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学(xué)家们在过去的(de)几十年(nián)当(dāng)中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却(què)没有发现任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的(de)自(zì)然哲(zhé)学(xué)数(shù)学原(yuán)理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示(shì)了(le)宇宙中天(tiān)体(tǐ)运(yùn)动的(de)规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来(lái)，当天(tiān)文(wén)学(xué)家们发现(xiàn)某些(xiē)天体运(yùn)行轨道出现异(yì)常，不符合(hé)万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引(yǐn)力(lì)在摄动(dòng)它的(de)轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶(yé)就(jiù)通(tōng)过(guò)天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王星的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都(dōu)是应(yīng)用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星系或(huò)者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星系(xì)团(tuán)的(de)质量。这(zhè)是一个由数(shù)千个(gè)星系所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就(jiù)可以确定其质量(liàng)的(de)范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数(shù)据是测量(liàng)各个星系的(de)光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算(suàn)，是利用光(guāng)谱红移(yí)测(cè)量星系团中(zhōng)的(de)各个(gè)星系相对(duì)于星系团(tuán)的运动(dòng)速度。当(dāng)测量结果(guǒ)出(chū)来之后(hòu)，兹(zī)威基彻(chè)底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异(yì)的是，在测量(liàng)速度(dù)的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的(de)速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系的(de)质量所产生的引力是无法将它们束(shù)缚在星系团(tuán)内(nèi)的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非(fēi)有一种神(shén)秘的(de)力量在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样部分(fēn)不可(kě)见的暗(àn)质(zhì)，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但(dàn)是它们却(què)占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的(de)质量。只是当(dāng)时(shí)的人们对这样的(de)一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一(yī)次出现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特福(fú)特在(zài)观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道(dào)上的(de)运行速度(dù)就会越慢。但是他们(men)观测的结果却让人感到(dào)不(bù)可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力(lì)定律，在星系当中如(rú)果没有足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的(de)恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了(le)。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学(xué)家们会(huì)使用一种相对标准的方法来解释(shì)暗物质的(de)存在，这种方法就是测量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现(xiàn)异(yì)常(cháng)的(de)结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通(tōng)过(guò)射电望(wàng)远镜测(cè)量了(le)距离星系(xì)中(zhōng)心(xīn)更远距(jù)离的氢元素，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可(kě)能(néng)就是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看不到的(de)物质，是这(zhè)些暗物(wù)质的引力效应将星(xīng)系聚集(jí)在了(le)一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越(yuè)多的(de)研究人(rén)员开始相信(xìn)暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估(gū)算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物质(zhì)的质量占整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这个现象的原因。在一(yī)项新的(de)研究当(dāng)中(zhōng)，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文(wén)学(xué)家还发现了一(yī)个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当中存(cún)在的恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银河系(xì)的千分之一。

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所以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析(xī)。但是(shì)科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详(xiáng)细(xì)测(cè)量(liàng)之后(hòu)，发(fā)现星(xīng)系(xì)中(zhōng)的(de)恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和(hé)力学定律来(lái)解释的。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是(shì)，它的(de)附近没有(yǒu)任何星系(xì)存在。造成(chéng)这(zhè)些现象的除了暗(àn)物(wù)质的假说之(zhī)外，另一种可能(néng)就是人(rén)类对引(yǐn)力的理(lǐ)解(jiě)还不(bù)够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不(bù)同的(de)，这意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度(dù)，引力之(zhī)间的(de)相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科(kē)学家(jiā)还引入了(le)外部场(chǎng)效应的概念，指的是在(zài)数百万光年的(de)规(guī)模上，巨大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们(men)需要对(duì)现在的物理定(dìng)律进(jìn)行修(xiū)正，这些(xiē)发现也让很多人(rén)认为暗(àn)物质假说理论就此终结(jié)。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的(de)其(qí)他的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所(suǒ)没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系(xì)团(tuán)所组成，类似(shì)这样的(de)星团(tuán)，它们大部分(fēn)的普(pǔ)通质量(liàng)都在星系的气(qì)体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论(lùn)上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系团大部分(fēn)的质量(liàng)将位于所有(yǒu)这些气体所(suǒ)在的中间区域。那(nà)么我们(men)通过什么来(lái)验证它的质量(liàng)区域到(dào)底是不是集(jí)中在(zài)中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明(míng)显地(dì)看到(dào)很多星(xīng)系(xì)似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨大的(de)形(xíng)变。其实(shí)这些星系本身(shēn)并(bìng)不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么(me)问题，而是(shì)这样极遥远(yuǎn)的(de)天体和我们地球上的观测者(zhě)之间(jiān)。被(bèi)一个(gè)质量(liàng)超级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可(kě)能是超大质量(liàng)的(de)黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当(dāng)人(rén)们对子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域(yù)并不是(shì)在(zài)中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所以最好的(de)解释方(fāng)法就是当(dāng)星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的(de)质量气(qì)体被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物(wù)质(zhì)则直接通(tōng)过(guò)了这个区域，并在两边形(xíng)成了(le)引力(lì)透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研究也(yě)被认为是(shì)暗物质(zhì)存在的(de)迄今为(wèi)止最好的(de)理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之外，还(hái)有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空(kōng)间(jiān)背景上留下了(le)各相同(tóng)性的(de)微(wēi)波辐射。其中红色(sè)的部(bù)分(fēn)表示温度较高的区域，蓝(lán)色(sè)则(zé)表示相对较冷的区(qū)域，但实际(jì)上它(tā)们(men)之(zhī)间的温差(chà)只有万分之一。

科学(xué)家们通(tōng)过对前景背景分(fēn)离(lí)后的二值图像进行连(lián)通(tōng)域提取和标记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是(shì)这样(yàng)的，而(ér)随(suí)着暗物质的增加，一(yī)些峰(fēng)值的幅度会(huì)减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当(dāng)中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很多(duō)不(bù)同的观测(cè)结果。而暗物质的本(bě俯首甘为孺子牛的含义是什么意思，俯首甘为孺子牛的上句是什么n)质就是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒(lì)子，它们(men)不参与任何其他的(de)电磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底(dǐ)是(shì)什么？科学家们(men)已(yǐ)经提出了(le)数十(shí)种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不(bù)相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为(wèi)了(le)寻找这些看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规(guī)物质相互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实验(yàn)，却(què)没有(yǒu)任(rèn)何实质性的(de)发现(xiàn)，除(chú)了一个地方，意(yì)大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实(shí)验室，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器(qì)，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里(lǐ)的(de)科学家(jiā)声称观测到(dào)了(le)某种信(xìn)号。经过了20多(duō)年的(de)数据(jù)收集，人(rén)们(men)发现了一个有趣的事(shì)情(qíng)。探测率会在每年(nián)的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最(zuì)低，而且在(zài)20年当中每(měi)年都是一样。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发(fā)现暗(àn)物(wù)质的第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但是为什么(me)暗物质会(huì)产生周(zhōu)期性(xìng)的年度信号呢？刚才(cái)我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕(rào)着银河系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这(zhè)意味着我们(men)也在以(yǐ)这样(yàng)的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕(rào)银河系(xì)的方向(xiàng)是(shì)一致的，而另外(wài)半(bàn)年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达(dá)到完全(quán)一致(zhì)，这是理论上(shàng)地球穿越暗(àn)物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河系的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科(kē)学(xué)家认为这可(kě)以用(yòng)来解释(shì)，研究人员们所观测到的周期性(xìng)信号。当(dāng)然也可能(néng)有其(qí)他的(de)情况，造成这种年度周期信号(hào)的差异(yì)也(yě)可(kě)能是温度(dù)、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大利(lì)游客的数量(liàng)也(yě)符合这个(gè)周期的(de)规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学(xué)家们又(yòu)在南(nán)半球建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与(yǔ)之(zhī)前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和(hé)第一(yī)个实验(yàn)室是(shì)一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里可(kě)以(yǐ)得(dé)到(dào)相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但是(shì)由(yóu)于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供(gōng)相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供(gōng)的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键(jiàn)的用(yòng)途(tú)就是(shì)探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能(néng)拭目(mù)以待了。费米实验(yàn)室粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学(xué)家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬(fēn)研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的(de)效应(yīng)，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的(de)诞生(shēng)，或者说是生命(mìng)进化(huà)的一(yī)个重要因(yīn)素。

如果这(zhè)一(yī)理论得到进(jìn)一步的(de)证(zhèng)实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应(yīng)创造生命。当然，这(zhè)些推论的(de)大前提是要(yào)先找到暗(àn)物质存在(zài)的(de)实(shí)际证据。那(nà)么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到(dào)底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞(zàn)，你(nǐ)的支持是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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