宇宙是“人(rén)为制造”的(de)？为何(hé)会存(cún)在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻找暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过去的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没(méi)有发现任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版(bǎn)的(de)自然(rán)哲学(xué)数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了(le)万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当天(tiān)文学家们发(fā)现(xiàn)某些天体运行轨道出现异(yì)常(cháng)，不符(fú)合(hé)万有引力定律的时候，他们就(jiù)会(huì)知道，周围一定有(yǒu)未知的天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天文(wén)成就的(de)例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们(men)上升到星系(xì)或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在(zài)研究和测量(liàng)后(hòu)发星系团的(de)质量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的(de)巨大(dà)星(xīng)系团，这(zhè)些星系(xì)被引力束(shù)缚(fù)在(zài)一起。测量星系(xì)团的(de)质(zhì)量(liàng)一(yī)般会(huì)使(shǐ)用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种方法结(jié)果(guǒ)一致，就可以确(què)定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需要的(de)数据(jù)是测量各个星(xīng)系的(de)光(guāng)度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系(xì)相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟(jìng)然(rán)是“光度(dù)学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系(xì)团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并(bìng)不(bù)以可见光的(de)形式所(suǒ)存(cún)在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产生(shēng)的引力(lì)是无法(fǎ)将它们束(shù)缚在(zài)星系团(tuán)内(nèi)的，它们早就应该被(bèi)抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在(zài)起(qǐ)作用(yòng)，这种力量(liàng)来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对(duì)这样的一(yī)种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才(cái)再(zài)一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测(cè)仙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(qí)轨道上(shàng)的运(yùn)行速度就会越慢。但是他(tā)们观(guān)测的结(jié)果(guǒ)却让人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随着与中心(xīn)距离的增加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持不变。可是根(gēn)据(jù)牛(niú)顿的万(wàn)有引力(lì)定律，在星系当中如果没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的(de)恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用一种相对标(biāo)准的方法来解释(shì)暗物质的存(cún)在(zài)，这种方法就是(shì)测(cè)量星系(xì)当中气体(tǐ)在(zài)X轴上(shàng)距(jù)离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜测量了(le)距(jù)离星系(xì)中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元(yuán)素，发现它们(men)的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳(yáng)系也不(bù)例外(wài)，太阳系位于银河系的第三(sān)悬(xuán)臂(bì)之(zhī)上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的(de)运行速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能(néng)就是存在(zài)着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研(yán)究人(rén)员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星(xīng)轨道(dào)的速度，估(gū)算在星(xīng)系(xì)当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不(bù)是(shì)唯(wéi)一可以解释(shì)这个现象(xiàng)的(de)原因(yīn)。在一项新的研(yán)究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒(héng)星之间，也会(huì)出现速度上(shàng)的微小差异(yì)。另外(wài)，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球大(dà)约2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的(de)恒星数(shù)量却只(zhǐ)有银河(hé)系的千分之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该星(xīng)系必(bì)须存在暗(àn)物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星运动是(shì)可以用正常的物(wù)质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附近的(de)另一个(gè)大星系剥离(lí)了(le)。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星系存(cún)在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的(de)假(jiǎ)说(shuō)之外，另(lìng)一种可(kě)能就(jiù)是人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不够全面，引力很可(kě)能(néng)在(z皇太极的父皇是谁，清朝历代帝王顺序表ài)不同尺度空间中的工作方式是(shì)不(bù)同(tóng)的，这意味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照(zhào)我们所理解的方(fāng)式运(yùn)动。但是上升到(dào)星系和星团(tuán)的尺度(dù)，引(yǐn)力之间的相互作(zuò)用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学(xué)家还引(yǐn)入(rù)了(le)外部(bù)场效应的(de)概(gài)念，指的是在数百(bǎi)万光年(nián)的规模(mó)上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的(de)效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这意味着我们(men)需要对(duì)现在的物理定律进(jìn)行修(xiū)正，这些(xiē)发现也让很多人(rén)认为暗(àn)物质(zhì)假说理论(lùn)就此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光年的(de)子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质量都在(zài)星系的气体当中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的(de)相互作用(yòng)就会导(dǎo)致温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子弹星(xīng)系团大部分(fēn)的质量(liàng)将位(wèi)于所(suǒ)有这(zhè)些气体所在(zài)的中间区域。那(nà)么(me)我们通过(guò)什么(me)来验证它的质量区域到底(dǐ)是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我(wǒ)们可(kě)以(yǐ)明(míng)显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其(qí)实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是(shì)韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地(dì)球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力(lì)透镜效应(yīng)。这个巨大的(de)天(tiān)体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹星系(xì)团观测的(de)时候，发现它的大质量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释(shì)方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生全(quán)部(bù)的碰(pèng)撞时(shí)，可(kě)被观测(cè)到的质量气体被卡在了(le)中间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过了这个区(qū)域，并在两边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为(wèi)是暗物质存在(zài)的迄今为止最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来(lái)自(zì)宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在(zài)宇宙当中了(le)。经过了(le)130多(duō)亿年(nián)之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留(liú)下了各相同性的微波(bō)辐射(shè)。其(qí)中(zhōng)红(hóng)色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则(zé)表(biǎo)示相对较冷的区(qū)域，但实际上它(tā)们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对(duì)前景背(bèi)景分(fēn)离后的二值图像(xiàng)进行(xíng)连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增(zēng)加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐(fú)射的测(cè)量(liàng)值(zhí)，我们(men)需要的暗物质大(dà)约(yuē)是普(pǔ)通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星(xīng)系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架(jià)，就很好地解释了很多不同(tóng)的观(guān)测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们(men)不参(cān)与任何其他的电磁(cí)作用(yòng)，只通(tōng)过引力(lì)来相互作用。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于(yú)找到了暗(àn)物质存(cún)在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出(chū)了(le)数十(shí)种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需(xū)要的(de)实验方式(shì)也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却(què)没有任何实(shí)质(zhì)性的发现，除了(le)一(yī)个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上最大的地(dì)学实验室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗(àn)物(wù)质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年(nián)的数据收集，人们(men)发现了一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都(dōu)是一样。一些科学家(jiā)认为这可能(néng)是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是(shì)为什么暗(àn)物质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行(xíng)移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们(men)也在以这样(yàng)的速度在(zài)穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这个过(guò)程中会(huì)产生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系的方向是一致(zhì)的(de)，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太(tài)阳的方(fāng)向正好达(dá)到完全一致，这是理论上(shàng)地球穿(chuān)越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实际(jì)的情(qíng)况中，太阳系(xì)相对银河(hé)系的平(píng)面呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是(shì)这并不影响这个(gè)理论的有效(xiào)性。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这可以用来解释，研究人员们(men)所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可(kě)能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造(zào)成这(zhè)种年度(dù)周期信号(hào)的差异也可(kě)能(néng)是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的(de)积(jī)雪(xuě)，甚至(zhì)连意大(dà)利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎相同的实(shí)验室，这里的季节与(yǔ)之前的(de)实(shí)验室(shì)正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗(àn)物质(zhì)流(liú)的运动特(tè)征和第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物(wù)质所存在的非常有力(lì)的(de)证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提(tí)供相应的数据(jù)支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新(xīn)的望远镜，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器(qì)提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关(guān)键的用途就是探索皇太极的父皇是谁，清朝历代帝王顺序表(suǒ)暗物质背后的(de)奥秘，对于(yú)探测的结(jié)果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物(wù)理中(zhōng)心的科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存(cún)在，它(tā)们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进(jìn)化的一(yī)个重要(yào)因素(sù)。

如(rú)果(guǒ)这(zhè)一理论得到进(jìn)一步的(de)证实(shí)，那么遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的(de)暗物质(zhì)会不会意味着(zhe)人类并(bìng)不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通(tōng)过(guò)这样的(de)效(xiào)应创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物(wù)质存在的实(shí)际(jì)证据。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得暗(àn)物(wù)质(zhì)到底(dǐ)存(cún)不(bù)存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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