宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物(wù)质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的(de)证据，科学家(jiā)们在过去的几十(shí)年当中进(jìn)行了超过(guò)50次的长期实验，但是(shì)却(què)没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了(le)万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运动的(de)规律。往后(hòu)的几百年来，当(dāng)天(tiān)文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定律的时候(hòu)，他们(men)就会知道，周围一(yī)定有未知(zhī)的天体通(tōng)过引力在摄(shè)动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都(dōu)是应(yīng)用(yòng)万有引力定律所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在(zài)恒星系统(tǒng)的尺度当(d马云的钱属于个人吗āng)中，可(kě)当(dāng)我们上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里茨兹(zī)威基(jī)正在研(yán)究和测量后发星系团的质量。这是一个由数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量(liàng)星系团的质量一般会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就可(kě)以确定其(qí)质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据(jù)是(shì)测量各个星(xīng)系的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力(lì)学质(zhì)量的计算，是利(lì)用光(guāng)谱红(hóng)移测量星(xīng)系团(tuán)中的各(gè)个星系相对(duì)于星系团(tuán)的运动速度。当(dāng)测量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度(dù)学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们(men)无(wú)法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团中很多星系的(de)速(sù)度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的(de)运(yùn)动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是(shì)无(wú)法将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量在起作用(yòng)，这(zhè)种力量来源(yuán)于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹(zī)维基提出了这(zhè)样部分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的质量。只是(shì)当时的人(rén)们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中的恒(héng)星运动。理论上来说，距(jù)离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就(jiù)会(huì)越(yuè)慢。但是他们观测(cè)的结果却让(ràng)人感到不可思议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛(niú)顿的万有引力(lì)定(dìng)律，在星系当中(zhōng)如(rú)果没(méi)有足够(gòu)大的质量来吸引它们(men)，这些外围的恒(héng)星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科(kē)学(xué)家们会使用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的(de)方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是(shì)测量星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星(xīng)系(xì)中心的(de)距离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出(chū)现异常的(de)结果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学家(jiā)们通过(guò)射电(diàn)望(wàng)远镜测量了(le)距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的力(lì)学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳(yáng)系(xì)的运行速(sù)度应(yīng)该(gāi)是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度(dù)，那么产(chǎn)生(shēng)以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加(jiā)速度的原(yuán)因(yīn)很可能就是存在(zài)着一种我(wǒ)们看不到(dào)的物质，是这些暗物质(zhì)的(de)引力效(xiào)应将星系聚集(jí)在(zài)了一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研究人(rén)员开始(shǐ)相信暗物质(zhì)的存在。科(kē)学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以(yǐ)解(jiě)释这个现(xiàn)象(xiàng)的原(yuán)因。在一项新(xīn)的研(yán)究(jiū)当中(zhōng)，科学(xué)家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在(zài)理论上(shàng)，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了40个小时的(de)详细测量之(zhī)后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒星(xīng)运动是可(kě)以用(yòng)正(zhèng)常的物(wù)质和力学定律来(lái)解释的(de)。那么(me)又有(yǒu)人提出，也许该星系(xì)的暗物(wù)质(zhì)，已经被附(fù)近(jìn)的另一(yī)个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存在(zài)。造成这些现象的除(chú)了暗物(wù)质(zhì)的假说之外(wài)，另一种可能就是人(rén)类对引(yǐn)力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不(bù)同(tóng)的，这意味着在(zài)行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们(men)的(de)轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式(shì)运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系(xì)和星(xīng)团的(de)尺度，引力之间的相互作用则是(shì)不同的方式。对于(yú)在星(xīng)系团之间的(de)相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概(gài)念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之(zhī)间会(huì)产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)我(wǒ)们需要对(duì)现(xiàn)在的(de)物理(lǐ)定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关(guān)于暗物质(zhì)存(cún)在的其他的理(lǐ)论证据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通(tōng)质量都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用(yòng)就会导致温(wēn)度(dù)的急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分的质量将位于(yú)所有这些气体所在的(de)中(zhōng)间区域(yù)。那(nà)么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很(hěn)多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实这(zhè)些星(xīng)系本身并不是(shì)真(zhēn)的(de)被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问(wèn)题，而是这(zhè)样极(jí)遥(yáo)远(yuǎn)的天(tiān)体和我(wǒ)们地球上的(de)观(guān)测者之间。被一个质(zhì)量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西的引力(lì)，会使身(shēn)后更遥远星系的光都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑(hēi)洞或(huò)者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团观测(cè)的时候，发(fā)现它的大(dà)质量区域并(bìng)不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全(quán)部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量(liàng)气(qì)体被卡在(zài)了(le)中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区(qū)域，并在两边形成了引力(lì)透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的微(wēi)波辐射(shè)。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区(qū)域，但实际上它(tā)们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图(tú)像进行连通域提取和(hé)标记(jì)之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我们需要的(de)暗物(wù)质大约是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与解释星(xīng)系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来(lái)相互(hù)作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这(zhè)种马云的钱属于个人吗(zhǒng)粒子到(dào)底(dǐ)是什么(me)？科(kē)学家们已经提(tí)出了数(shù)十(shí)种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目(mù)标粒(lì)子所(suǒ)需要的实验方(fāng)式也不(bù)相同。在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸不(马云的钱属于个人吗bù)到(dào)，几乎(hū)不(bù)会与常规物(wù)质相互作(zuò)用的(de)“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已(yǐ)经进(jìn)行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实质性的(de)发现，除了(le)一(yī)个地(dì)方，意(yì)大利的(de)格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大(dà)的(de)地(dì)学(xué)实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器(qì)，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物质(zhì)粒子(zi)的(de)周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信(xìn)号。经过了(le)20多年的(de)数据(jù)收集(jí)，人们发现了一个(gè)有(yǒu)趣的(de)事情(qíng)。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年都是(shì)一样。一些(xiē)科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生(shēng)周(zhōu)期性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚才(cái)我们讲了(le)太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕(rào)着银(yín)河系进行(xíng)移(yí)动，那(nà)么如果暗(àn)物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在(zài)以这样(yàng)的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转(zhuǎn)。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银(yín)河系的方(fāng)向是(shì)一(yī)致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份(fèn)的(de)时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达(dá)到(dào)完全一致，这是理论上地球(qiú)穿(chuān)越(yuè)暗物(wù)质(zhì)流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况(kuàng)中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响(xiǎng)这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解释，研究人员(yuán)们所观测到的(de)周期性信(xìn)号(hào)。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号(hào)的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分、高山上的(de)积(jī)雪，甚至连意(yì)大利游客的(de)数量也(yě)符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立(lì)了一(yī)个几乎相同的实验(yàn)室，这里(lǐ)的(de)季节与(yǔ)之前的实验(yàn)室正好相反，而在这里(lǐ)，地(dì)球(qiú)穿过暗物(wù)质流(liú)的运动(dòng)特征和第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可(kě)以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的(de)证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无(wú)法提(tí)供相(xiāng)应的(de)数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同(tóng)，但它(tā)的(de)宽(kuān)视(shì)场仪器提供的视野是(shì)哈(hā)勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼太空望远镜其(qí)中(zhōng)一个(gè)关键的用途(tú)就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背后的(de)奥(ào)秘，对于(yú)探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心(xīn)的(de)科学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一(yī)步(bù)的证实，那么遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物质会不(bù)会意味着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得(dé)暗物(wù)质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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