宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在(zài)科(kē)学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们(men)在过去(qù)的几十年当中进(jìn)行了超(chāo)过50次的长期实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一个(gè)地(dì)方，在1687年出(chū)版的自然哲学数(shù)学原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力(lì)定律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规(guī)律。往(wǎng)后的(de)几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨道出(chū)现异常，不符合万(wàn)有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过(guò)引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行(xíng)轨道(dào)的(de)异常(cháng)，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力定(dìng)律所取得(dé)重大(dà)天文成就的例(lì)子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家(jiā)弗里茨兹(zī)威基(jī)正在研究和测量后发星系团的(de)质量(liàng)。这(zhè)是(shì)一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一(yī)般会使用(yòng)到(dào)两(liǎng)种方法，当两种方(fāng)法结(jié)果(guǒ)一致，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的范(fàn)围。

第(dì)一种是获得其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需(xū)要的数据是测量各个星系的(de)光(guāng)度。

第二种是动力学质(zhì)量的计(jì)算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星(xīng)系相对于(yú)星系团(tuán)的(de)运动速(sù)度。当测(cè)量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这(zhè)99%的(de)质量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多(duō)星(xīng)系的速度比理论上要(yào)快(kuài)得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的引(yǐn)力是(shì)无法将它们束缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它们(men)早就应该(gāi)被(bèi)抛出(chū)星(xīng)系(xì)团(tuán)之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源于(yú)某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个(gè)词才再一(yī)次出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的(de)恒星运动。理论上来说(shuō)，距(jù)离中心(xīn)越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速(sù)度就会(huì)越慢(màn)。但是他们观(guān)测的(de)结果却让人感到(dào)不可(kě)思议。

随着(zhe)与(yǔ)中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万(wàn)有引力(lì)定律，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没有足够大的(de)质量(liàng)来吸引它(tā)们，这些外围的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基于这(zhè)种现象，科学家们(men)会使(shǐ)用一种相对标准(zhǔn)的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星(xīng)系(xì)中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气(qì)体的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出(chū)现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的(de)力量(liàng)进入其中。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测量了(le)距离(lí)星系中(zhōng)心更(gèng)远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度(dù)并不符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律。我们的(de)太(tài)阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的(de)运行速度(dù)应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河系旋转，这个实(shí)际速度(dù)远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上(shàng)这(zhè)种向(xiàng)心加速度的原因很可(kě)能就是存在着一种我们(men)看(kàn)不到的物(wù)质(zhì)，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来(lái)越多(duō)的(de)研究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系(xì)当(dāng)中暗(àn)物(wù)质的(de)质量占整(zhěng)个星系质(zhì)量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一(yī)项新(xīn)的研究当中，科(kē)学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效(xiào)应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间，也会(huì)出现(xiàn)速度上的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大(dà)小和银河系(xì)不多，但是星系当中(zhōng)存在(zài)的恒星(xīng)数(shù)量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该星系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则(zé)就会分崩(bēng)离析。但(dàn)是(shì)科学家们使用最先(xiān)进的望远镜(jìng)对其(qí)进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中的恒(héng)星运动是可以用(yòng)正常的(de)物质和力学(xué)定(dìng)律来解释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系(xì)的(de)暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另一(yī)个大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它(tā)的(de)附近没(méi)有任何(hé)星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的假说之外，另(lìng)一种可(kě)能就是人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力(lì)很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理(lǐ)解的方式(shì)运动。但是(shì)上升到星系和星(xīng)团的(de)尺度，引力之间的相(xiāng)互作用(yòng)则是不同的方式。对(duì)于在星(xīng)系团(tuán)之(zhī)间(jiān)的相互作(zuò)用，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外部场效应的(de)概念，指的是在(zài)数百万光年(nián)的规模上(shàng)，巨大(dà)的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的(de)效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着(zhe)我们需要对现在的(de)物理定律(lǜ)进行修(xiū)正，这些发(fā)现也让(ràng)很多人认(rèn)为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结(jié)。但(dàn)是在(zài)宇宙当(dāng)中还(hái)有关于(yú)暗物质存在的其他(tā)的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这(zhè)样的(de)星团，它们大(dà)部分(fēn)的普(pǔ)通质量(liàng)都(dōu)在星(xīng)系(xì)的气(qì)体当中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的(de)时(shí)候，星际(jì)气体的相互作用就会(huì)导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低(dī)。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的(de)质(zhì)量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么(me)我们通过什(shén)么来验证它的质量区域到(dào)底是不(bù)是集中在中间呢？前(qián)不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的(de)高清照片(piàn)，在(zài)照片中(zhōng)我们可以明显地看到(dào)很(hěn)多星系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身(shēn)并不是真的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥(yáo)远的天(tiān)体和我们地(dì)球(qiú)上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的(de)天(tiān)体可能是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团(tuán)观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则(zé)直接通过了这个区(qū)域(yù)，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来(lái)自宇宙当中最(zuì)古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàn俯首甘为孺子牛的含义是什么意思，俯首甘为孺子牛的上句是什么g)通无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过了(le)130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空(kōng)间背景(jǐng)上留下了各(gè)相同性的微波辐(fú)射(shè)。其中红(hóng)色的部分表示温(wēn)度较高(gāo)的区域，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对较(jiào)冷(lěng)的区(qū)域，但(dàn)实际上它们之(zhī)间的(de)温(wēn)差只(zhǐ)有万分之一。

科(kē)学家们通(tōng)过对(duì)前(qián)景背(bèi)景分离后(hòu)的二值图像进行连(lián)通域提取(qǔ)和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅(fú)度会(huì)减小，才变(biàn)得看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们(men)需(xū)要(yào)的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比(bǐ)例(lì)是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论(lùn)框(kuāng)架，就很好地(dì)解释了很(hěn)多不同的观(guān)测(cè)结(jié)果。而(ér)暗物(wù)质的本(běn)质就(jiù)是(shì)宇宙(zhòu)当(dāng)中存在(zài)着某种类型的粒子，它们(men)不参与(yǔ)任(rèn)何其他(tā)的(de)电磁(cí)作用，只通过(guò)引力来相互作用(yòng)。所(suǒ)以如(rú)果能(néng)够找到这种粒子(zi)的存(cún)在，就相当(dāng)于(yú)找(zhǎo)到了(le)暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提(tí)出了数(shù)十(shí)种的假想目标(biāo)，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式(shì)也(yě)不相(xiāng)同。在过去的(de)几十年当中，人类(lèi)为(wèi)了(le)寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何(hé)实质性的(de)发现，除了(le)一个(gè)地(dì)方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的(de)探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自(zì)1997年(nián)以(yǐ)来，这里的(de)科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的(de)事情(qíng)。探测(cè)率会在每年的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然(rán)后在11月降到最低(dī)，而(ér)且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些(xiē)科学(xué)家(jiā)认为这可能是人类发现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什(shén)么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动(dòng)，那(nà)么如(rú)果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿(chuān)越(yuè)着(zhe)暗(àn)物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的(de)振荡，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系的方向是一(yī)致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好达到(dào)完全一(yī)致，这是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太(tài)阳(yáng)系(xì)相(xiāng)对银河(hé)系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并(bìng)不(bù)影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这(zhè)可以用来解释(shì)，研究人员们所观(guān)测到的周期性(xìng)信(xìn)号(hào)。当然也(yě)可能(néng)有其他(tā)的情况，造成(chéng)这种年度周期信号(hào)的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量(liàng)也符合这(zhè)个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在(zài)南(nán)半球建(jiàn)立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季(jì)节与之(zhī)前的实(shí)验室正好相反，而(ér)在这里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的运动特征(zhēng)和(hé)第一(yī)个实验室(shì)是一样的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得(dé)到(dào)相同(tóng)的信号，就(jiù)可以成为暗(àn)物质所(suǒ)存在的非常有力的(de)证据了。但是(shì)由(yóu)于(yú)这个实验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所(suǒ)以截至目(mù)前还无法提(tí)供相应的数(shù)据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽(kuān)视场仪器提(tí)供(gōng)的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键的用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探(tàn)测的结(jié)果(guǒ)，我们只俯首甘为孺子牛的含义是什么意思，俯首甘为孺子牛的上句是什么能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科(kē)学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物(wù)质存在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗物(wù)质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命(mìng)进化的一个(gè)重要(yào)因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得到进一(yī)步(bù)的证实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会(huì)不(bù)会(huì)意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星(xīng)上(shàng)，暗(àn)物质正(zhèng)在通(tōng)过(guò)这样的(de)效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是(shì)要(yào)先(xiān)找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持(chí)是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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