宇(yǔ)宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会存(cún)在(zài)科学无法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家(jiā)们在过去(qù)的(de)几十年当(dāng)中(zhōng)进行了超(chāo)过50次的长期实验，但(dàn)是却(què)没(méi)有发现任何的有效证据。除了(le)一个地(dì)方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们发(fā)现某些天体运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周围一(yī)定有未(wèi)知(zhī)的天体通过引力在(zài)摄动它的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天(tiān)王星运行(xíng)轨道的异常，推算(suàn)并(bìng)且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引力定律所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是(shì)星团的尺度，事(shì)情就开始变(biàn)得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在(zài)研(yán)究和测量后发星系团(tuán)的质量。这(zhè)是一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系团的质量一(yī)般(bān)会(huì)使(shǐ)用(yòng)到两种方(fāng)法，当两种方法结(jié)果一(yī)致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获(huò)得其(qí)"光度(dù)学的质(zhì)量"，需(xū)要的(de)数据是测(cè)量各个星系(xì)的光(guāng)度。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移(yí)测(cè)量星系团(tuán)中的各个(gè)星系相对于星系团的运动(dòng)速度。当测量结(jié)果出来(lái)之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质(zhì)量并不(bù)以可见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量(liàng)速(sù)度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系团中很多(duō)星系的速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿(dùn)的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的引力是无法将它们束(shù)缚在星系团(tuán)内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观(guān)测的(de)结果却(què)让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持(chí)不(bù)变。可是(shì)根(gēn)据牛(niú)顿的(de)万有引力定律(lǜ)，在星系(xì)当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外(wài)围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是(shì)测量星系当(dāng)中气体在X轴上(shàng)距离星系(xì)中心的距离(lí)，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物(wù)质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量(liàng)了距(jù)离星(xīng)系中(zhōng)心更远距离的(de)氢(qīng)元素，发(fā)现它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我们的(de)太阳系(xì)也不例(lì)外，太阳系位于(yú)银河系(xì)的(de)第(dì)三悬臂(bì)之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速(sù)度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际(jì)上(shàng)，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个(gè)实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的(de)原(yuán)因很可能就是存(cún)在着一种我们(men)看不到的(de)物(wù)质，是(shì)这些暗物质的引力效应将星(xīng)系聚(jù)集在了一(yī)起。

也是从这时(shí)开始，越(yuè)来越(yuè)多的研究人员开始相信(xìn)暗物质的(de)存在。科学家根据(jù)星系外恒星(xīng)轨道的(de)速度，估算在(zài)星(xīng)系当中暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以(yǐ)解(jiě)释这个现(xiàn)象的(de)原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出现速(sù)度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球(qiú)大(dà)约(yuē)2.5亿(yì)光年(nián)，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多(duō)，但是星系当中存在的(de)恒星数量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先(xiān)进的望(wàng)远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个(gè)小时的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运(yùn)动(dòng)是可以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也(yě)许该星系的暗物(wù)质，已边际贡献的计算公式是什么呀经被附近(jìn)的另一个大(dà)星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存(cún)在。造成(chéng)这些(xiē)现象(xiàng)的除(chú)了暗物质的(de)假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类对(duì)引力(lì)的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的工作方式(shì)是不(bù)同的，这意味着在行星系尺度中的(de)天体会(huì)沿着它(tā)们(men)的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星(xīng)系(xì)和(hé)星团的(de)尺度，引力之间的(de)相(xiāng)互作用(yòng)则(zé)是不同的方(fāng)式。对(duì)于在星系团之(zhī)间的(de)相互(hù)作用，科(kē)学(xué)家还(hái)引入了外(wài)部场效应的概念(niàn)，指的(de)是(shì)在数(shù)百万(wàn)光年的规模(mó)上，巨大(dà)的(de)质(zhì)量之间会产生对(duì)彼此特殊(shū)的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味(wèi)着我们需要对(duì)现(xiàn)在的物理定律进行(xíng)修正，这(zhè)些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的(de)理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星(xīng)系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际(jì)气体(tǐ)的相互作用就会(huì)导致温度的(de)急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质量将位于所(suǒ)有这些气(qì)体所在的中间区域。那么(me)我们(men)通(tōng)过什(shén)么来(lái)验证它的质量区(qū)域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空望远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中第(dì)一张(zhāng)全(quán)彩的高清照片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们(men)可以明(míng)显(xiǎn)地看(kàn)到(dào)很多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了(le)什么(me)问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地(dì)球上的(de)观(guān)测者之间(jiān)。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超(chāo)大质量的东西的(de)引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的(de)光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应(yīng)。这(zhè)个巨(jù)大的天(tiān)体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗(àn)物质(zhì)。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测的(de)时(shí)候，发(fā)现它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是(shì)在两(liǎng)侧(cè)。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就是当星团(tuán)发生(shēng)全部的(de)碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物(wù)质则(zé)直(zhí)接通过了这个(gè)区域，并在两边(biān)形成(chéng)了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古(gǔ)老(lǎo)的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了(le)。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部(bù)分表(biǎo)示(shì)温度较(jiào)高(gāo)的区(qū)域，蓝色(sè)则表示(shì)相(xiāng)对较冷的区域，但实(shí)际(jì)上它们之间的温差只有万(wàn)分(fēn)之一。

科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)通过对前(qián)景背景分离后(hòu)的二值图像(xiàng)进(jìn)行连通域提取和(hé)标记(jì)之(zhī)后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗(àn)物质，图形(xíng)看起来不(bù)应(yīng)该(gāi)是这样的，而随着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质大约是(shì)普通物(wù)质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质(zhì)比例(lì)是一(yī)致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好(hǎo)地解释了(le)很(hěn)多不同的观测结果。而(ér)暗物质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存(cún)在着(zhe)某种(zhǒng)类(lèi)型的粒(lì)子，它们不(bù)参(cān)与任何其他的电磁作用，只通过引力(lì)来相(xiāng)互(hù)作用(yòng)。所以如果(guǒ)能(néng)够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了暗(àn)物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经提(tí)出了数(shù)十(shí)种的假想目标(biāo)，而(ér)要寻(xún)找(zhǎo)这些不同(tóng)的目(mù)标粒子所需要的实验(yàn)方式(shì)也(yě)不相同(tóng)。在(zài)过(guò)去的几十(shí)年(nián)当中，人类为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会与常(cháng)规物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的(de)实验，却没有(yǒu)任何实(shí)质性的(de)发现(xiàn)，除了一个地方，意大利(lì)的(de)格兰(lán)萨索山(shān)，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学实验室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观(guān)测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经(jīng)过了20多年(nián)的数(shù)据(jù)收集，人们发现了一个(gè)有(yǒu)趣的事情(qíng)。探测率会在(zài)每年(nián)的6月份达到(dào)峰值，然(rán)后在11月降到最低(dī)，而且在20年(nián)当中(zhōng)每年(nián)都(dōu)是一样。一些科学家认为这可能(n边际贡献的计算公式是什么呀éng)是人(rén)类发现暗(àn)物质的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是(shì)为什么暗物(wù)质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系(xì)正在以220公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕着银(yín)河系进行移动，那(nà)么(me)如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这(zhè)样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个过程中会(huì)产(chǎn)生相(xiāng)应(yīng)的振荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的(de)时间(jiān)，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的(de)方向是一致的(de)，而(ér)另(lìng)外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方(fāng)向正(zhèng)好(hǎo)达到(dào)完全(quán)一(yī)致，这是理论(lùn)上地(dì)球穿越暗物质流(liú)最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况中(zhōng)，太阳系相对(duì)银(yín)河系的(de)平(píng)面呈现了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并不影(yǐng)响这个理论的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学(xué)家认(rèn)为这(zhè)可(kě)以用来解释(shì)，研究(jiū)人(rén)员们所观测到的(de)周期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造(zào)成这种年(nián)度(dù)周期信(xìn)号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大利游客的数量也符合这个周期(qī)的(de)规律。

所以，科(kē)学家们又在南(nán)半球建立了一个几乎相同的(de)实验室(shì)，这里的季(jì)节与之前的实验室正好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物质流的运(yùn)动特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的(de)信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成(chéng)不(bù)久，所(suǒ)以截至目(mù)前(qián)还无法(fǎ)提供(gōng)相应(yīng)的数据支持。另(lìng)外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视(shì)野是(shì)哈勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中一个关键的用途(tú)就是探索暗(àn)物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于(yú)探测的(de)结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验(yàn)室粒子(zi)天(tiān)体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现边际贡献的计算公式是什么呀，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能(néng)拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的(de)效应，这(zhè)种暗物(wù)质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者(zhě)说是生命(mìng)进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗(àn)物(wù)质会不会意(yì)味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这(zhè)样的(de)效应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这些推论的(de)大前提是(shì)要先(xiān)找到暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到(dào)底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持是我更(gèng)新的动力！

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