宇宙是“人为制造(zào)”的？为(wèi)何(hé)会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存(cún)在的证据，科学(xué)家们在过去的几十年当中进行了超(chāo)过(guò)50次的长期实(shí)验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的(de)自(zì)然哲(zhé)学数学(xué)原理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的规(guī)律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发(fā)现(xiàn)某些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合(hé)万有引力定律的时(shí)候，他(tā)们就会知道，周围一(yī)定有未知(zhī)的天体(tǐ)通(tōng)过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过天王星运(yùn)行轨道的异常，推(tuī)算并(bìng)且发现(xiàn)了海王(wáng)星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的(de)发现都是应用(yòng)万有引力(lì)定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文成(chéng)就(jiù)的例子。但是这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上升(shēng)到星系(xì)或(huò)者是星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗(fú)里茨(cí)兹威基(jī)正在研究和测量后发星系团的质量。这(zhè)是(shì)一个(gè)由数千个(gè)星系所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系团，这些星(xīng)系被(bèi)引力束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其"光度(dù)学的(de)质(zhì)量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的(de)计(jì)算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速(sù)度。当测(cè)量(liàng)结(jié)果(guǒ)出(chū)来之后(hòu)，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵(měng)了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是“光度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味(wèi)着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式(shì)所(suǒ)存在，我们无(wú)法看到(dào)。最诡(guǐ)异的是(shì)，在(zài)测(cè)量速(sù)度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星系团中很(hěn)多星系的(de)速度比(bǐ)理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生(shēng)的引力是无(wú)法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们(men)早就应该被抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维(wéi)基提出了(le)这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人们(men)对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观(guān)测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的(de)结(jié)果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的(de)增加，恒星的(de)旋(xuán)转速(sù)度几乎(hū)保持不变。可是根据(jù)牛顿的(de)万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星(xīng)系当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星(xīng)早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对标(biāo)准的方法(fǎ)来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距(jù)离星(xīng)系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现(xiàn)异常的结果，就(jiù)认(rèn)为是(shì)由暗物质的(de)力量进入(rù)其(qí)中(zhōng)。

于是科(kē)学(xué)家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星系中心(xīn)更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋(xuán)转速(sù)度并不符合牛顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系(xì)位于(yú)银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度(dù)，那(nà)么(me)产生以上这种向心(xīn)加速度的原因很可能就是存(cún)在着一(yī)种我(wǒ)们(men)看不到的物质，是这些(xiē)暗物质(zhì)的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了一起。

也(yě)是从这(zhè)时开始，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗物质的(de)存(cún)在(zài)。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算(suàn)在(zài)星(xīng)系当中暗物质的质(zhì)量(liàng)占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解(jiě)释(shì)这(zhè)个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一(yī)项新(xīn)的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引(yǐn)力效应的(de)遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也(yě)会出(chū)现(xiàn)速(sù)度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发(fā)现了一个反常的星(xīng)系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当(dāng)中(zhōng)存在的恒(héng)星(xīng)数量却只有(yǒu)银河系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对(duì)其进行(xíng)了(le)40个(gè)小时(shí)的详细测量(liàng)之(zhī)后，发(fā)现星系(xì)中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物质和力(lì)学(xué)定律来解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的(de)暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何(hé)星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质(zhì)的(de)假说之外，另(lìng)一种可能(néng)就是(shì)人类对引力的理解还不够(gòu)全(quán)面，引力很(hěn)可能(néng)在不同(tóng)尺(chǐ)度(dù)空间中的工作方式是(shì)不同的，这意味着(zhe)在行(xíng)星系尺度中的(de公元800年中国是什么朝代建立的，中国各个朝代时间表)天(tiān)体会(huì)沿(yán)着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但(dàn)是上升到(dào)星系和星团(tuán)的尺度，引力(lì)之(zhī)间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互(hù)作用，科(kē)学家还引入了外部(bù)场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的(de)是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊(shū)的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需(xū)要对现在的物理定律进行修正，这些发现也(yě)让很多人(rén)认为暗(àn)物质(zhì)假说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在(zài)的其他的理论证(zhèng)据，这些(xiē)理论(lùn)证据(jù)是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光年(nián)的子(zi)弹(dàn)星系团，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系团所组成，类似这样(yàng)的(de)星团，它们(men)大部分(fēn)的普通(tōng)质量都在(zài)星系的气体当(dāng)中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的(de)质量(liàng)将(jiāng)位于所有这(zhè)些(xiē)气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过(guò)什么来(lái)验证它的质量区域(yù)到(dào)底是不是(shì)集中在中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太(tài)空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨(jù)大的形变。其实这些(xiē)星系本身(shēn)并不是真(zhēn)的被扭曲了(le)，也(yě)不(bù)是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这(zhè)样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一个质量(liàng)超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东(dōng)西的引力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨(jù)大(dà)的天体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观测的时候(hòu)，发现它的大(dà)质量(liàng)区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方(fāng)法就是当星团发(fā)生全部(bù)的碰撞时，可被观测(cè)到(dào)的(de)质(zhì)量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则(zé)直(zhí)接通过(guò)了这个(gè)区(qū)域，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究也被(bèi)认为是暗(àn)物质存在的(de)迄(qì)今为止(zhǐ)最好的(de)理论证(zhèng)据(jù)。

除(chú)此之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光(guāng)终于(yú)可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿(yì)年(nián)之后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背(bèi)景上留下(xià)了(le)各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的区域，蓝色(sè)则表示相对(duì)较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学(xué)家们通过对(duì)前(qián)景背景分离(lí)后的(de)二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之(zhī)后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样的(de)，而(ér)随(suí)着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐(fú)射的测量值(zhí)，我们需要的(de)暗物(wù)质大约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这(zhè)个(gè)数字(zì)与解释星系当(dāng)中恒星运(yùn)动所(suǒ)需(xū)要(yào)的暗(àn)物质比例是一致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一个简单的理(lǐ)论(lùn)框架(jià)，就很好地解释了很(hěn)多不同(tóng)的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当(dāng)中(zhōng)存在公元800年中国是什么朝代建立的，中国各个朝代时间表着某(mǒu)种类型的(de)粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过(guò)引力来相互作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科(kē)学家们已(yǐ)经提出(chū)了数十种的假想目(mù)标(biāo)，而要寻(xún)找这些不同(tóng)的(de)目标(biāo)粒子所需要的实(shí)验方式也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了(le)寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物(wù)质相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家们(men)已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次的(de)实(shí)验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地(dì)球(qiú)上(shàng)最(zuì)大的(de)地学实(shí)验室，这(zhè)个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期(qī)性震(zhèn)荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里的科学(xué)家声称(chēng)观(guān)测(cè)到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率(lǜ)会在每年的(de)6月份达到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降(jiàng)到(dào)最低，而且在20年当中每(měi)年都是一(yī)样。一些(xiē)科学家(jiā)认(rèn)为这可能是(shì)人(rén)类发现(xiàn)暗(àn)物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质(zhì)会产生周期性的(de)年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正(zhèng)在(zài)以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕(rào)着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的(de)速度(dù)在(zài)穿越着暗物质流，这个过(guò)程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系(xì)的方向(xiàng)是一(yī)致(zhì)的，而(ér)另外(wài)半年则与之(zhī)相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物(wù)质流最(zuì)快(kuài)的(de)时(shí)段。而(ér)在11月份，又恰好达(dá)到(dào)了(le)最慢值。尽管在(zài)实际的(de)情况中(zhōng)，太阳系相对(duì)银河(hé)系的(de)平面呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的(de)有效性。

因此(cǐ)科(kē)学家认为这可以用(yòng)来解(jiě)释，研究(jiū)人员们所观测到的周期(qī)性信号。当然也可能有(yǒu)其他的(de)情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差异也可能(néng)是(shì)温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至(zhì)连(lián)意(yì)大利游客的数(shù)量(liàng)也符合这(zhè)个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半(bàn)球建立(lì)了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的运动特征和(hé)第(dì)一个实验(yàn)室是一(yī)样(yàng)的。

因(yīn)此，如(rú)果在这里(lǐ)可(kě)以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了(le)。但(dàn)是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目(mù)前(qián)还(hái)无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)，这(zhè)台太空望(wàng)远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中一个关(guān)键的用途(tú)就是探索暗物质(zhì)背后的(de)奥秘，对(duì)于(yú)探测(cè)的结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理(lǐ)中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发(fā)现，如(rú)果暗(àn)物(wù)质存在，它们极有可能(néng)拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命(mìng)进化的(de)一个(gè)重(zhòng)要(yào)因素。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到(dào)进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不会(huì)意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。那(nà)么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是我更(gèng)新的动力(lì)！

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