宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科(kē)学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类(lèi)为(wèi)了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学(xué)家们(men)在过去的几十(shí)年当中(zhōng)进行(xíng)了(le)超过50次(cì)的长期(qī)实(shí)验，但是却没有发(fā)现任何的有效(xiào)证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然(rán)哲学(xué)数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭示(shì)了(le)宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天文(wén)学家们发现某些(xiē)天体运(yùn)行(xíng)轨道(dào)出现异常(cháng)，不(bù)符合万有引力(lì)定律(lǜ)的时候，他们(men)就会知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过引力在(zài)摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用(yòng)万有引力(lì)定律(lǜ)所取得(dé)重大天文成就的例子(zi)。但是这(zhè)些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系(xì)或者是(shì)星团的尺度，事(shì)情就(jiù)开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正(zhèng)在研(yán)究和(hé)测量后发星系(xì)团(tuán)的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测(cè)量星(xīng)系(xì)团的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可(kě)以确定其质量的范围(wéi)。

第一(yī)种是获得其(qí)"光度学的(de)质量"，需要的数据是测(cè)量(liàng)各(gè)个星系(xì)的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力(lì)学(xué)质(zhì)量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量(liàng)并(bìng)不以(yǐ)可见光的形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们(men)无法看到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测量速(sù)度的过程中，兹(zī)威基发现星系团中(zhōng)很多星系的(de)速度比理(lǐ)论上要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星系(xì)的质量所(suǒ)产生的(de)引力(lì)是无法将它(tā)们(men)束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该(gāi)被抛出星(xīng)系团之(zhī)外了(le)，除(chú)非有一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘的力量(liàng)在起(qǐ)作(zuò)用，这种力量(liàng)来源于某(mǒu)种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸(xī)光、反(fǎn)射(shè)光，但(dàn)是(shì)它们(men)却占(zhàn)据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对(duì)这样的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这个词才再(zài)一次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理论(lùn)上(shàng)来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的(de)运(yùn)行速度就会(huì)越慢。但是他们(men)观测的结果(guǒ)却(què)让人感到(dào)不可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持(chí)不变。可(kě)是根据(jù)牛顿(dùn)的(de)万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大(dà)的质(zhì)量来(lái)吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们(men)会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标准的(de)方法来(lái)解释暗物(wù)质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系(xì)当(dāng)中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的(de)旋(xuán)转速度。如果出(chū)现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的(de)力量进(jìn)入其(qí)中。

于是科(kē)学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离(lí)星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现(xiàn)它们的(de)旋(xuán)转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系(xì)也(yě)不(bù)例外(wài)，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算(suàn)，太阳系(xì)的运行(xíng)速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度(dù)的(de)原(yuán)因很可能就是存(cún)在着一(yī)种我(wǒ)们看不(bù)到的(de)物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将星(xīng)系(xì)聚集在了(le)一(yī)起。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越来越多(duō)的研究(jiū)人(rén)员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星(xīng)系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在(zài)星系当中暗物质(zhì)的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一(yī)可以解释这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在一项新的研(yán)究当中，科(kē)学家(jiā)们发现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应的(de)遥远恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小差(chà)异(yì)。另外，天文学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河系(xì)不(bù)多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量(liàng)却(què)只有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论(lùn)上，该星系(xì)必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离析(xī)。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发(fā)现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运动是可(kě)以用正常的物(wù)质和力学定律来解释的(de)。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的(de)另(lìng)一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星系存在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的(de)除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人(rén)类(lèi)对引力(lì)的理解还不(bù)够全面(miàn)，引力很(hěn)可能在(zài)不同尺度空间中的(de)工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系(xì)尺度中的天体会沿(yán)着(zhe)它(tā)们的轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互(hù)作用则是不同的方式。对于在星(xīng)系团之间的(de)相互作(zuò)用，科学(xué)家还(hái)引入(rù)了外部场效(xiào)应的概念(niàn)，指的(de)是(shì)在数(shù)百(bǎi)万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物(wù)质假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在(zài)的其(qí)他(tā)的理(lǐ)论证据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光年的子弹星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部分(fēn)的普(pǔ)通质(zhì)量(liàng)都(dōu)在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞的时(shí)候(hòu)，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团大部分(fēn)的质量(liàng)将位于所有这些气体所在的中间区(qū)域。那(nà)么我们通过什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传(chuán)回了(le)宇(yǔ)宙当中第一(yī)张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们(men)可以明显地看(kàn)到很多(duō)星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变(biàn)。其实(shí)这些(xiē)星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这(zhè)样极遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们地(dì)球上的观测者之间。被一个(gè)质(zhì)量超级巨大的(de)天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个(gè)巨大的(de)天(tiān)体可(kě)能是超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹星(xīng)系(xì)团观测的时候，发现它的大(dà)质量(liàng)区域并(bìng)不(bù)是在(zài)中间，而是(shì)在两(liǎng)侧。所以最好的(de)解释方(fāng)法(fǎ)就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在了(le)中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直接通过了这个(gè)区域，并在两边形(xíng)成(chéng)了引力(lì)透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜(jìng)研(yán)究也被认(rèn)为是暗(àn)物质存在的迄今(jīn)为止最好的理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据。

除(chú)此(cǐ)之(zhī)外，还有来(lái)自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中红(hóng)色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域(yù)，但实际上它们(men)之(zhī)间(jiān)的温差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家(jiā)们通过(guò)对前景背景(jǐng)分离后的二值(zhí)图像进行连通域(yù)提取和(hé)标(biāo)记之后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起来不(bù)应该是(shì)这样的，而(ér)随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐(fú)射的测(cè)量值，我们需(xū)要(yào)的(de)暗(àn)物质大约是普通物(wù)质(zhì)的(de)5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需(xū)要的(de)暗(àn)物质比(bǐ)例是一致的(de)。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不同的观测(cè)结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能(néng)够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的实际证据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的(de)假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标(biāo)粒(lì)子所(suǒ)需要的实验方式也(yě)不相同。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次(cì)的(de)实验，却没有(yǒu)任何(hé)实(shí)质性的发现，除(chú)了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地(dì)学实验(yàn)室，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层楼高(gāo)的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科(kē)学(xué)家声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年(n美国总统奥巴马几岁ián)的6月(yuè)份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一(yī)些科(kē)学家认(rèn)为这可能是人类发现暗(àn)物质的第一(yī)个直(zhí)接证据(jù)。

但是为什么暗物质(zhì)会(huì)产生周期(qī)性的(de)年度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如果暗(àn)物(wù)质存(cún)在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这(zhè)个(gè)过程(chéng)中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的时(shí)间，地球围绕太阳(yáng)的(de)方向与太阳环绕银(yín)河(hé)系的方(fāng)向是一致的，而另(lìng)外(wài)半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达(dá)到完全(quán)一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗(àn)物质流最(zuì)快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系(xì)相(xiāng)对银河系的平(píng)面(miàn)呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜(xié)，但是这(zhè)并不影(yǐng)响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员们所观(guān)测到的周期性信(xìn)号(hào)。当(dāng)然也可能(néng)有其他的情(qíng)况，造成(chéng)这种年度周期(qī)信(xìn)号的差(chà)异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至连意大利(lì)游客的数(shù)量也符合这个(gè)周期的(de)规律。

所以，科学(xué)家们又在(zài)南半球(qiú)建立(lì)了一个几乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这里的季节(jié)与之前的实(shí)验室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实(美国总统奥巴马几岁shí)验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物(wù)质所存在的非(fēi)常(cháng)有力(lì)的证据了。但是由(yóu)于这个实验室(shì)刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的(de)数据支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥秘，对(duì)于探测(cè)的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能(néng)拭目以待(dài)了。费(fèi)米实(shí)验室粒子天体物(wù)理(lǐ)中心(xīn)的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存(cún)在(zài)，它们极有可(kě)能拥有(yǒu)另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说(shuō)是生(shēng)命(mìng)进化(huà)的一个重要因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正(zhèng)在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到(dào)暗物质存在的(de)实际证美国总统奥巴马几岁据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支持(chí)是(shì)我更新的动力！

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