宇宙是“人(rén)为(wèi)制造”的？为(wèi)何(hé)会(huì)存(cún)在(zài)科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去(qù)的(de)几十年当中进行了超过50次(cì)的长期实验，但(dàn)是(shì)却(què)没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲(zhé)学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动的规(guī)律。往后的(de)几百年来(lái)，当天文学(xué)家们发(fā)现某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未(wèi)知(zhī)的天(tiān)体(tǐ)通(tōng)过引力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比如(rú)在(zài)1846年(nián)，奥本(běn)勒(lēi)维耶(yé)就通过天王星运(yùn)行轨(guǐ)道的(de)异(yì)常，推算(suàn)并且发现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有引力定律所取得(dé)重大天文成就(jiù)的例子。但(dàn)是这些(xiē)发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上升到星系或(huò)者是星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就(jiù)开(kāi)始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗(fú)里(lǐ)茨(cí)兹威基(jī)正在研究和测量后发星(xīng)系团的(de)质量。这是一(yī)个由数千个(gè)星系(xì)所组成的巨大星系(xì)团，这(zhè)些星(xīng)系(xì)被(bèi)引(yǐn)力束(shù)缚(fù)在一起。测量(liàng)星系团的(de)质(zhì)量(liàng)一(yī)般会(huì)使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当两种(zhǒng)方法结(jié)果一致，就可以确定(dìng)其(qí)质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的(de)数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第(dì)二(èr)种是动力学质量的(de)计算，是利(lì)用(yòng)光谱红移测量星系团中的各个(gè)星系相对于星(xīng)系(xì)团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看(kàn)到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在(zài)测(cè)量速(sù)度的过程中，兹(zī)威基(jī)发现星(xīng)系团中(zhōng)很多星系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的(de)运动(dòng)学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可见星系(xì)的(de)质量所产生(shēng)的引力是无(wú)法(fǎ)将(jiāng)它(tā)们(men)束缚在星(xīng)系(xì)团(tuán)内(nèi)的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之(zhī)外了(le)，除非有一(yī)种神秘的力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹(zī)维基提(tí)出了这样(yàng)部分不可见的暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却(què)占据着宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的质量。只(zhǐ)是(shì)当时的人们对这样的一种说法不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这(zhè)个词才(cái)再一次出(chū)现。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越(yuè)远的恒(héng)星(xīng)在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是(shì)他们观测的结果却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系(xì)当中如(rú)果没有足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围(wéi)的(de)恒(héng)星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法(fǎ)就(jiù)是测(cè)量星系当中气体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转速(sù)度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物(wù)质(zhì)的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们(men)通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系(xì)中心更远距离的(de)氢元素(sù)，发(fā)现它们的旋(xuán)转速度并不(bù)符合牛顿的(de)力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系(xì)的运行(xíng)速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产(chǎn)生以(yǐ)上(shàng)这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的原因很可能(néng)就是存在(zài)着一种我们(men)看(kàn)不到的(de)物质，是这些暗(àn)物质的引力(lì)效应将(jiāng)星(xīng)系聚(jù)集在了一起。

也是从(cóng)这时开(kāi)始，越来(lái)越多的研究人员开(kāi)始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星(xīng)系(xì)外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物(wù)质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不是唯一可(kě)以解释(shì)这个现(xiàn)象(xiàng)的原因(yīn)。在一项新的(de)研究当(dāng)中，科(kē)学(xué)家们发现，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力效(xiào)应(yīng)的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会出现速度(dù)上的(de)微(wēi)小差(chà)异。另外，天(tiān)文(wén)学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在(zài)理论上(shàng)，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学(xué)家们使用最先进的望(wàng)远镜对(duì)其进(jìn)行(xíng)了(le)40个小(xiǎo)时的详细测量之(zhī)后，发(fā)现(xiàn)星(xīng)系中的(de)恒星运动(dòng)是可(kě)以(yǐ)用正常的物质和(hé)力学定律来解释的(de)。那么又(yòu)有(yǒu)人提出(chū)，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近(jìn)的另一个(gè)大星系(xì)剥离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近没有任何(hé)星系存在。造成这些(xiē)现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物(wù)质的(de)假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对(duì)引力的(de)理解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的(de)工(gōng)作方(fāng)式是不同的，这意(yì)味(wèi)着在行星系尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运(yùn)动。但是(shì)上升到星系和星团(tuán)的(de)尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用(yòng)，科学家还(hái)引入(rù)了(le)外部场效(xiào)应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这些发现也让很(hěn)多(duō)人认为暗(àn)物(wù)质假说理论(lùn)就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关于暗(àn)物(wù)质存在的(de)其他(tā)的理论(lùn)证据，这些理论证据(jù)是蒙德(dé)理论所没法解释(shì)的(de)“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样(yàng)的星(xīng)团，它们大部分的(de)普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体(tǐ)的(de)相互(hù)作用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论(lùn)上(shàng)，在(zài)碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系(xì)团大部分的质量将位(wèi)于所(suǒ)有这些气(qì)体所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那(nà)么我(wǒ)们通过什么来(lái)验证它的质量区(qū)域到底是(shì)不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)第(dì)一张全彩的高(gāo)清照片，在照片(piàn)中(zhōng)我们(men)可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大(dà)的(de)天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东(dōng)西的(de)引力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应(yīng)。这个(gè)巨大的天体可能是超大(dà)质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当(dāng)人们(men)对子(zi)弹星系团观测(cè)的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的(de)解(jiě)释方法(fǎ)就是当星团发生(shēng)全(quán)部的碰(pèng)撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质(zhì)则(zé)直接通过了这个区(qū)域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了(le)引力透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐(fú)射(shè)。其中红(hóng)色的部分表示(shì)温度(dù)较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离(lí)后的二值图像进(jìn)行连通(tōng)域(yù)提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没有暗(àn)物质，图(tú)形看起来(lái)不应该是这(zhè)样的，而随着暗物(wù)质的增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅度(dù)会减小，才(cái)变得看起来(lái)“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗(àn)物质大约是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数(shù)字(zì)与解释星系当中恒(héng)星运(yùn)动所(suǒ)需要(yào)的暗物(wù)质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了(le)一个简单(dān)的理论框架，就很好(hǎo)地解(jiě)释了很多不同(tóng)的(de)观测(cè)结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本(běn)质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作(zuò)用。所以如(rú)果(guǒ)能够找到(dào)这种粒子(zi)的存(cún)在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到(dào)了(le)暗物(wù)质存在的(de)实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已经提出了数十(shí)种的假想目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些(xiē)不(bù)同的目标粒子所需要(yào)的实(shí)验方(fāng)式也不相(xiāng)同。在(zài)过去(qù)的(de)几十(shí)年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些看不(bù)见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们(men)已(yǐ)经进(jìn)行了(le)超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的(de)发现，除(chú)了一(yī)个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地(dì)球(qiú)上最大的地学实(shí)验(yàn)室，这个实(shí)验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的(de)探(tàn)测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科(kē)学家(jiā)声称观测(cè)到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据(jù)收集，人们发现(xiàn)了(le)一个有趣(qù)的(de)事情(qíng)。探测(cè)率会在每年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中(zhōng)每(měi)年都是一样。一些科学家认为这可(kě)能是(shì)人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速(sù)度围绕(rào)着(zhe)银河系进行(xíng)移动，那(nà)么(me)如果暗物质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中，这意味着(zhe)我们也在以(yǐ)这样的(de)速度在穿越着暗(àn)物(wù)质流，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳(yáng)进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河系(xì)的(de)方向是一致的(de)，而另外半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全(quán)一致，这是理论上地(dì)球穿越(yuè)暗物质流最(zuì)快的时(shí)段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系(xì)相对(duì)银(yín)河系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解(jiě)释，研究人(rén)员们所观(guān)测到的周期性信号。当(dāng)然也(yě)可能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成(chéng)这种年度(dù)周期信(xìn)号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至(zhì)连意大利(lì)游(yóu)客(kè)的数量也符合这个(gè)周(zhōu)期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们(men)又(yòu)在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征(zhēng)和(hé)第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里可(kě)以(yǐ)得到相同冰箱保鲜的灯怎么不亮了呢 冰箱灯不亮影响使用吗的(de)信号，就可以成(chéng)为暗物质所(suǒ)存在(zài)的非常有力的(de)证(zhèng)据了。但(dàn)是由于(yú)这个实(shí)验室刚(gāng)刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截(jié)至(zhì)目前还无法提供相(xiāng)应(yīng)的数据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽视(shì)场仪器提供的(de)视野(yě)是哈勃(bó)红外(wài)仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望(wàng)远镜(jìng)其(qí)中一个(gè)关(guān)键的用途就(jiù)是探索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费米(mǐ)实验室粒子天(tiān)体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如(rú)果暗物质存(cún)在，它们极有可(kě)能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的(de)一个重要(yào)因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质(zhì)会(huì)不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过(guò)这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论(lùn)的(de)大前提(tí)是要先找到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你(nǐ)们觉(jué)得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是(shì)我更新(xīn)的(de)动力！

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