宇宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为何(hé)会存在科(kē)学(xué)无法解释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物(wù)质又(yòu)究(jiū)竟是什么？人类为了寻(xún)找暗(àn)物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去(qù)的几十年当中进行了(le)超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的(de)有效证据。除(chú)了一个(gè)地(dì)方(fāng)，在1687年出(chū)版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当(dāng)天文学家(jiā)们发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动(dòng)它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过(guò)天王星运行(xíng)轨道的(de)异常(cháng)，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王(wáng)星的发现都是应用(yòng)万(wàn)有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得重大天文成就(jiù)的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星(xīng)系(xì)统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我们上升到(dào)星(xīng)系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在(zài)研究和测量(liàng)后发星系(xì)团的质量。这是一个由(yóu)数千个星(xīng)系所组(zǔ)成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系团的(de)质量一(yī)般会使用(yòng)到(dào)两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以(yǐ)确定其质(zhì)量的(de)范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学的(de)质量(liàng)"，需要的数据是(shì)测(cè)量各个星系(xì)的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计(jì)算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测量星系团中的(de)各个星系相(xiāng)对于(yú)星系团(tuán)的运动速度。当测量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发(fā)座星系团有99%的(de)质(zhì)量消(xiāo)失了，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并不以可见光的(de)形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是kono洗发水是什么牌子，kono洗发水有几款(shì)，在测量速度的(de)过程中，兹威基发现星系(xì)团中很多(duō)星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的质量所(suǒ)产生(shēng)的引力是无(wú)法将它(tā)们束缚在(zài)星系(xì)团(tuán)内的，它们早就应该被(bèi)抛(pāo)出(chū)星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了(le)这样部(bù)分不(bù)可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时的人(rén)们对这样的一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才再(zài)一次(cì)出现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中心(xīn)越远的恒(héng)星在其轨道(dào)上的运(yùn)行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人感到不可(kě)思议(yì)。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的增加，恒(héng)星的(de)旋转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛(niú)顿的(de)万有引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它(tā)们(men)，这(zhè)些外围(wéi)的恒(héng)星(xīng)早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们会使用一(yī)种相对标准的方法来解释暗物(wù)质(zhì)的存在，这(zhè)种方法就是(shì)测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物(wù)质的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们通过(guò)射(shè)电(diàn)望(wàng)远镜(jìng)测量了距(jù)离星系中(zhōng)心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河(hé)系旋转，这(zhè)个实际速度远远大(dà)于理论速度，那么产(chǎn)生以上(shàng)这种向(xiàng)心加(jiā)速度的(de)原因很可(kě)能就是存在着一种我们看(kàn)不到(dào)的(de)物(wù)质，是这(zhè)些暗物质的引力(lì)效应将星系聚(jù)集在了(le)一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始，越(yuè)来越多的研究人(rén)员开始(shǐ)相信暗物质(zhì)的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整(zhěng)个星(xīng)系质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河(hé)系不(bù)多，但(dàn)是星系当(dāng)中(zhōng)存在的恒(héng)星数量却只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜对其进(jìn)行(xíng)了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星(xīng)系(xì)中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物(wù)质和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物(wù)质，已经被附近的(de)另一个大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系(xì)存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质(zhì)的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全(quán)面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式是不(bù)同的，这意味着(zhe)在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不(bù)同的方(fāng)式(shì)。对于在(zài)星系团之(zhī)间的相互作用(yòng)，科(kē)学家还引入了外部场效应(yīng)的概(gài)念(niàn)，指的是在(zài)数百万光(guāng)年的(de)规模上，巨(jù)大的质量之间会产生(shēng)对彼此特(tè)殊的效果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的物理定(dìng)律进行修正，这些发现也(yě)让很多(duō)人(rén)认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗(àn)物(wù)质存在的其他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理论证据(jù)是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光年的(de)子弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它(tā)们大部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互(hù)作(zuò)用就会(huì)导(dǎo)致温度的急(jí)剧升高，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子(zi)弹星(xīng)系团大部分(fēn)的质(zhì)量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我们通过(guò)什(shén)么来验证它的质(zhì)量区域到底是(shì)不是(shì)集中在中间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很(hěn)多星系似(shì)乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的(de)形(xíng)变(biàn)。其实这些星系(xì)本身并不是真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而(ér)是(shì)这(zhè)样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上(shàng)的观测者(zhě)之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大质量的(de)东西的引力(lì)，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系(xì)的光(guāng)都发生了(le)扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的(de)天(tiān)体可能(néng)是超大(dà)质量的(de)黑洞(dòng)或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系团观测的(de)时候，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星团发(fā)生(shēng)全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测到的质量气(qì)体被卡在了中间(jiān)，暗物质则(zé)直接通过了这个(gè)区域(yù)，并在(zài)两边形(xíng)成了引力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)的引力透(tòu)镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今(jīn)为(wèi)止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过(guò)了(le)130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的微波(bō)辐射(shè)。其中红色的部分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的(de)区域，但实际上它们之间(jiān)的温差(chà)只有万分(fēn)之一。

科学(xué)家们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图(tú)像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是(shì)一致的。这就(jiù)意味着。

用了(le)一个简单的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电(diàn)磁作用，只通(tōng)过引力来相互(hù)作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质(zhì)存在(zài)的实际(jì)证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数(shù)十(shí)种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而要(yào)寻(xún)找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的(de)实验方式也不(bù)相(xiākono洗发水是什么牌子，kono洗发水有几款ng)同(tóng)。在(zài)过去(qù)的几十年(nián)当中，人类(lèi)为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质(zhì)相互作用的(de)“暗物质”，科(kē)学家们已(yǐ)经进行了(le)超过(guò)50次的(de)实验，却没有任何实(shí)质性(xìng)的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验(yàn)室(shì)，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼高的探(tàn)测器(qì)，一直致力于(yú)寻找暗物(wù)质粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科学家(jiā)声称观测到了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现(xiàn)了一个有趣的(de)事情。探测率会在每年(nián)的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最(zuì)低，而且在(zài)20年(nián)当(dāng)中每年(nián)都是一样。一些科学(xué)家认为这可能是人(rén)类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会(huì)产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正在(zài)以220公(gōng)里(lǐ)/秒的(de)速度围绕着银(yín)河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相(xiāng)应(yīng)的(de)振(zhèn)荡，同(tóng)时地球(qiú)又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的(de)方向与太阳环(huán)绕银河(hé)系(xì)的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一(yī)致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的(de)情况中，太(tài)阳系相对银(yín)河系(xì)的平面呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是(shì)这(zhè)并不(bù)影响(xiǎng)这个(gè)理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然(rán)也(yě)可能有(yǒu)其(qí)他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种年度周期信号的(de)差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利(lì)游客的数量(liàng)也符合(hé)这个周期的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建(jiàn)立(lì)了一个几(jǐ)乎(hū)相同的实(shí)验室，这(zhè)里的季节与之(zhī)前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的(de)运动特征和第(dì)一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可(kě)以成为暗物质(zhì)所存在的非(fēi)常(cháng)有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是由于这个(gè)实验(yàn)室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无法提(tí)供相应(yīng)的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一(yī)台(tái)新的(de)望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜其中一个(gè)关(guān)键的用(yòng)途就是探(tàn)索暗物(wù)质背后的(de)奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待(dài)了(le)。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究(jiū)发现，如(rú)果暗物质存(cún)在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物(wù)质效应(yīng)，会(huì)支(zhī)持宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞生，或(huò)者说是(shì)生(shēng)命进化的(de)一(yī)个(gè)重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物质会不会(huì)意味着人(rén)类(lèi)并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造(zào)生(shēng)命(mìng)。当然，这些推(tuī)论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的(de)支持是我更新(xīn)的动力(lì)！

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