宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什么？人类为(wèi)了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年(nián)当(dāng)中进行了超过50次的(de)长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据。除(chú)了一个(gè)地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了(le)万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年(nián)来(lái)，当天(tiān)文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有(yǒu)未知的天(tiān)体通(tōng)过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现了海王星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应(yīng)用(yòng)万(wàn)有引力定律(lǜ)所取得重大(dà)天文成就(jiù)的(de)例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系或者(zhě)是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就(jiù)开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星系团的(de)质量。这是一(yī)个由数千个星系所组成的(de)巨大星(xīng)系(xì)团(tuán)，这些(xiē)星系被引力(lì)束(shù)缚在一起。测量星系团(tuán)的质量(liàng)一般(bān)会使用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学的(de)质量"，需要的(de)数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量(liàng)的计(jì)算，是利(lì)用光谱(pǔ)红移(yí)测量星(xīng)系团(tuán)中的各(gè)个星系相对于星系团的运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星系(xì)团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光(guāng)的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异(yì)的是(shì)，在(zài)测量速度(dù)的过(guò)程中(zhōng)，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团中(zhōng)很多(duō)星系的速度比理(lǐ)论(lùn)上要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星(xīng)系的质量(liàng)所产生的(de)引力是无法将它(tā)们束缚在星(xīng)系团(tuán)内(nèi)的，它们早就应该被抛(pāo)出(chū)星系团之外(wài)了，除非有一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的力量在(zài)起作用，这种力量来源于(yú)某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部(bù)分不(bù)可见(jiàn)的暗质，它(tā)不(bù)发散光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是它们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只是当(dāng)时的人(rén)们对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗(àn)物(wù)质”这个(gè)词(cí)才再一次出现(xiàn)。天文(wén)学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在(zài)观测(cè)仙女座星(xīng)系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但(dàn)是他们观测(cè)的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力(lì)定律，在星系当中如(rú)果没有足(zú)够大的质量来吸(xī)引它们，这些外(wài)围(wéi)的恒星早(zǎo)就被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准的方法来(lái)解(jiě)释暗物质(zhì)的(de)存在，这种方法就(jiù)是测量(liàng)星(xīng)系当中气体在X轴(zhóu)上距离(lí)星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗(àn)物质的(de)力(lì)量进入其中。

于(yú)是(shì)科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更远距离的(de)氢(qīng)元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们(men)的(de)太(tài)阳系也(yě)不例外(wài)，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河(hé)系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计(jì)算，太(tài)阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际(jì)速度远远大(dà)于理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的原因很可能(néng)就是(shì)存在着一种我们看不(bù)到(dào)的物质(zhì)，是(shì)这些暗物质的引力效应(yīng)将星(xīng)系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是从这时(shí)开始，越来越多(duō)的研究人员(yuán)开始相信暗物(wù)质的存在。科学家(jiā)根(gēn)据(jù)星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道(dào)的速度，估(gū)算在星(xīng)系(xì)当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质(zhì)并不是唯一可以解释这个现象的原因。在(zài)一项新(xīn)的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度(dù)上的(de)微(wēi)小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一(yī)个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和(hé)银(yín)河系不(bù)多，但是星系当(dāng)中存在的(de)恒(héng)星数(shù)量却(què)只有(yǒu)银河系(xì)的千分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星(xīng)系(xì)必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离(lí)析。但是(shì)科学(xué)家们使(shǐ)用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量之后(hòu)，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和(hé)力学定(dìng)律来解释的(de)。那么又有人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任(rèn)何星系存在(zài)。造(zào)成这些(xiē)现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另(lìng)一种可能就(jiù)是人(rén)类对引力的理解还不(bù)够全(quán)面，引力很可能在(zài)不同尺度(dù)空间(jiān)中的工作方式是不(bù)同的，这意味着(zhe)在行星(xīng)系尺度(dù)中(zhōng)的(de)天体会沿着(zhe)它们(men)的(de)轨道，按(àn)照我(wǒ)们所理解(jiě)的方式(shì)运(yùn)动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作(zuò)用则是不(bù)同的(de)方式。对于(yú)在星系(xì)团之间的相互作用，科学(xué)家(jiā)还引入了外(wài)部场效(xiào)应的概念，指的是在(zài)数百万光年的规(guī)模(mó)上，巨大(dà)的质量之间会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这(zhè)些发(fā)现(xiàn)也让很(hěn)多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是在(zài)宇宙当中还有(yǒu)关(guān)于暗(àn)物质存(cún)在(zài)的(de)其(qí)他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿(yì)光(guāng)年的子弹(dàn)星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的(de)星团，它们大部(bù)分(fēn)的普通(tōng)质量(liàng)都在星(xīng)系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气(qì)体的相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后(hòu)，子(zi)弹星系团大(dà)部分的质量将(jiāng)位于所有(yǒu)这(zhè)些气体所在的(de)中间区域。那么我们通过什么(me)来验证它的质量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸(shēn)产生了(le)巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我(wǒ)们地(dì)球上(shàng)的观测者(zhě)之间(jiān)。被一(yī)个质(zhì)量超级巨(jù)大(dà)的天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远星系(xì)的光都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现(xiàn)象就(jiù)是引(yǐn)力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大的(de)天体(tǐ)可能是超大(dà)质量的黑洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对子(zi)弹星系团观测的时(shí)候，发现它的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧(cè)。所以(yǐ)最好的解释方法就(jiù)是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量气体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物(wù)质则直(zhí)接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研(yán)究(jiū)也(yě)被(bèi)认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的(de)理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在(zài)宇宙空(kōng)间背景上留(liú)下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图像进行连通域(yù)提取和标(biāo)记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数(shù)字(zì)与解释星系当(dāng)中恒(héng)星运动所(suǒ)需(xū)要的暗物(wù)质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就(jiù)很(hěn)好地解释了(le)很(hěn)多不同的观(guān)测结果。而暗物质的本(běn)质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互(hù)作用(yòng)。所(suǒ)以如果能(néng)够找到这(zhè)种粒子的存(cún)在，就中国人在德国受歧视吗，德国人很排斥中国人吗相(xiāng)当于找到了暗物质(zhì)存在的实际(jì)证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是什么？科学家(jiā)们(men)已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的(de)目标粒子所需要的(de)实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却(què)没有任(rèn)何实质性的发现(xiàn)，除了一(yī)个(gè)地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实验(yàn)室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼(lóu)高的(de)探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质(zhì)粒子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到(dào)最低，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一些科学(xué)家认为这可能是(shì)人类(lèi)发现暗物质(zhì)的第一个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是(shì)为什么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信号(hào)呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕着银(yín)河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我们也在以(yǐ)这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时间，地(dì)球围绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的(de)方向正好达到完全一致，这是(shì)理论(lùn)上地球(qiú中国人在德国受歧视吗，德国人很排斥中国人吗)穿越暗物(wù)质流最快的(de)时段。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为(wèi)这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然(rán)也可能有其他的情况，造(zào)成这种年度周期信号的(de)差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符合这(zhè)个周期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在南半(bàn)球建立(lì)了一个(gè)几乎相同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的(de)季节(jié)与之(zhī)前(qián)的实(shí)验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物(wù)质流的运动特征和第一(yī)个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信(xìn)号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有(yǒu)力的证据(jù)了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目(mù)前还无法(fǎ)提供(gōng)相应(yīng)的数据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新(xīn)的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空(kōng)望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中(zhōng)一个(gè)关键的用途就(jiù)是(shì)探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们(men)只能(néng)拭(shì)目以待(dài)了。费米(mǐ)实验室粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中(zhōng)心的(de)科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究(jiū)发(fā)现，如果暗物质存在，它们(men)极有(yǒu)可能拥有另(lìng)一种神秘的(de)效应，这种暗物质(zhì)效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化(huà)的(de)一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得(dé)到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的(de)暗物质会不会意味着人(rén)类并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物质正在通过(guò)这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先找到暗(àn)物质存在的实(shí)际(jì)证据。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得(dé)暗(àn)物质到底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更(gèng)新的动力！

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