宇宙是(shì)“人为制造”的？为何(hé)会存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么(me)？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据，科(kē)学(xué)家们在(zài)过去的几十年当中进行了超(chāo)过(guò)50次的长期实验，但是(shì)却(què)没有发现任何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数(shù)学原理一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们(men)发现某(mǒu)些(xiē)天体运行轨道出(chū)现异常(cháng)，不符合万有引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就会(huì)知道(dào)，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且(qiě)发现了(le)海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律(lǜ)所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但(dàn)是(shì)这些发(fā)现都是在恒星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可当(dāng)我们上升(shēng)到(dào)星系或者(zhě)是星团的尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发(fā)星系团的质量(liàng)。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星(xīng)系所组(zǔ)成的巨大(dà)星系(xì)团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量(liàng)星系团的(de)质(zhì)量(liàng)一(yī)般会使用到(dào)两种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可(kě)以确定(dìng)其(qí)质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度(dù)学的(de)质量"，需要的(de)数据是测量各个(gè)星系(xì)的光度(dù)。75寸电视长宽是多少p>

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利(lì)用(yòng)光(guāng)谱(pǔ)红移测量星系团中(zhōng)的各个(gè)星系相对于星系团的运(yùn)动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程(chéng)中(zhōng)，兹(zī)威基发(fā)现星系团中很多星(xīng)系(xì)的(de)速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠(kào)这(zhè)些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在(zài)星系(xì)团内的，它们早就应该(gāi)被(bèi)抛出星系团之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们对这样的(de)一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和(hé)肯特福(fú)特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行(xíng)速度就会越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根据(jù)牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律，在(zài)星(xīng)系(xì)当(dāng)中如果没有足(zú)够(gòu)大的质(zhì)量来吸(xī)引(yǐn)它(tā)们，这些(xiē)外围的恒(héng)星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使(shǐ)用一(yī)种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物质(zhì)的力(lì)量(liàng)进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜测量了(le)距离(lí)星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我们(men)的太(tài)阳系也不例(lì)外(wài)，太阳(yáng)系位于(yú)银河系的第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引力定(dìng)律进行计算，太阳(yáng)系(xì)的运行速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太(tài)阳(yáng)系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实(shí)际速度远远大(dà)于(yú)理论(lùn)速度，那么(me)产生(shēng)以上这种向(xiàng)心加速度的(de)原因很可能就是存(cún)在着(zhe)一种我(wǒ)们看不到的物质，是(shì)这(zhè)些暗物(wù)质的(de)引力效应将星系(xì)聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研(yán)究人员开始(shǐ)相信暗物(wù)质(zhì)的存在(zài)。科学家根据(jù)星系外恒(héng)星轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯一可以解释这(zhè)个现象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出(chū)现速度上的(de)微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了(le)一(yī)个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系(xì)不多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却只有银(yín)河系的(de)千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星(xīng)系(xì)必须(xū)存在暗物质(zhì)，否则(zé)就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对(duì)其进行(xíng)了(le)40个小时的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒(héng)星运动是(shì)可(kě)以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解释的(de)。那么又有人提出，也许该星系(xì)的暗(àn)物(wù)质，已经被附近的(de)另一个(gè)大星系剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它的附近没(méi)有任何星(xīng)系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一(yī)种可(kě)能(néng)就(jiù)是人(rén)类(lèi)对(duì)引力(lì)的理(lǐ)解(jiě)还不够(gòu)全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不同(tóng)尺度空间中的(de)工(gōng)作方式是不同的，这意(yì)味着在行星系(xì)尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作(zuò)用则是(shì)不同(tóng)的方式。对于(yú)在星系团之间的(de)相互(hù)作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应(yīng)的概(gài)念，指的(de)是在数百万(wàn)光(guāng)年的规模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个(gè)理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)我(wǒ)们需要(yào)对现在的(de)物理定(dìng)律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关(guān)于暗(àn)物质存在的(de)其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释(shì)的(de)“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的星系(xì)团(tuán)所组成(chéng)，类(lèi)似这样的星团(tuán)，它们大部分(fēn)的(de)普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的(de)时候，星际气体的相互作(zuò)用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低(dī)。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质量将(jiāng)位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来(lái)验证它的质(zhì)量区域到底是不是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高清(qīng)照(zhào)片(piàn)，在照片中我们可(kě)以明显地看到很(hěn)多(duō)星系(xì)似乎被(bèi)拉伸产生了巨大(dà)的(de)形变。其实这些(xiē)星系本身(shēn)并不(bù)是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望远镜出(chū)了什(shén)么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我(wǒ)们(men)地球上(shàng)的观(guān)测者之间(jiān)。被一个质(zhì)量(liàng)超级(jí)巨大的(de)天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都(dōu)发生(shēng)了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团(tuán)观(guān)测的时候(hòu)，发现它的大(dà)质量区域并不是(shì)在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的(de)解(jiě)释方(fāng)法就(jiù)是当(dāng)星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测(cè)到(dào)的质量气体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质则直(zhí)接通过了这(zhè)个(gè)区域，并在两边形(xíng)成(chéng)了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子(zi)弹星(xīng)系(xì)团的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光终于可(kě)以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同(tóng)性(xìng)的微波(bō)辐射。其(qí)中红色(sè)的(de)部分表示温度较高的(de)区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对较(jiào)冷的区(qū)域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学(xué)家们通过对前景(jǐng)背(bèi)景(jǐng)分离后的(de)二值(zhí)图像进(jìn)行连通(tōng)域提取和(hé)标记之后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗物质，图形(xíng)看起来(lái)不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增加(jiā)，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们(men)需要(yào)的(de)暗(àn)物(wù)质大约(yuē)是普通物质的(de)5倍。这(zhè)个(gè)数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要(yào)的(de)暗物质(zhì)比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用(yòng)了一个(gè)简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多不同的(de)观测结(jié)果。而暗物质的(de)本(běn)质就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某种类型的(de)粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如(rú)果能够(gòu)找到(dào)这种(zhǒng)粒子的(de)存(cún)在，就相当于(yú)找(zhǎo)到了暗物质存(cún)在(zài)的(de)实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻找这些不(bù)同的目标(biāo)粒子(zi)所需要(yào)的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经(jīng)进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的(de)发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的地(dì)下矿井当中，藏着地(dì)球上最(zuì)75寸电视长宽是多少大的(de)地学实验室(shì)，这个(gè)实验(yàn)室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

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自1997年(nián)以来，这里的科(kē)学家(jiā)声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人(rén)们发现了(le)一个有趣(qù)的事(shì)情。探测率会在(zài)每年的6月份(fèn)达(dá)到(dào)峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年都(dōu)是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是(shì)人(rén)类发现暗物质的(de)第(dì)一个直(zhí)接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周(zhōu)期(qī)性的年度信号(hào)呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如(rú)果暗(àn)物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们(men)也在以这样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银(yín)河系的(de)方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另外(wài)半年则与之相反。

而(ér)在(zài)6月份(fèn)的时候，地球与太阳的(de)方向(xiàng)正好达到完(wán)全一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球(qiú)穿(chuān)越暗物质流最快的(de)时(shí)段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这并不影响这个(gè)理论的有效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为这(zhè)可以用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性(xìng)信(xìn)号。当(dāng)然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年(nián)度周期信号(hào)的差异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客的数量也(yě)符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这(zhè)里的季节与之(zhī)前(qián)的(de)实验室正(zhèng)好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里，地(dì)球穿(chuān)过暗(àn)物质流(liú)的(de)运动特(tè)征和第一(yī)个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同的(de)信号，就可以成为暗物质所存在的(de)非(fēi)常(cháng)有力(lì)的证据了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它(tā)的宽视(shì)场仪器提供(gōng)的(de)视野是哈(hā)勃(bó)红外(wài)仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键(jiàn)的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研(yán)究发现，如(rú)果(guǒ)暗(àn)物(wù)质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一(yī)种神(shén)秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会(huì)支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的(de)一个重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过这(zhè)样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉(jué)得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的支(zhī)持是我更(gèng)新的动力！

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