宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据(jù)，科学(xué)家们在过去的几十(shí)年当中(zhōng)进行了超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但是却(què)没有发现任(rèn)何的有效证(zhèng)据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的(de)规律。往后(hòu)的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学家们(men)发现(xiàn)某(mǒu)些(xiē)天体(tǐ)运行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力在(zài)摄动它(tā)的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通过天(tiān)王(wáng)星(xīng)运(yùn)行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海(hǎi)王星(xīng)的存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发(fā)现(xiàn)都是应用万有引(yǐn)力定律所(suǒ)取得重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发(fā)现都是在恒(héng)星(xīng)系(xì)统的尺(chǐ)度(dù)当中，可当我们上(shàng)升(shēng)到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和(hé)测量后发(fā)星系团的质量。这(zhè)是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量星系团(tuán)的质量一般会使用到两(liǎng)种方(fāng)法，当(dāng)两种方法结果一致(zhì)，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得(dé)其(qí)"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的(de)光度。

第(dì)二种是动力学(xué)质量的计算(suàn)，是(shì)利用光谱(pǔ)红移测量星系团(tuán)中的各(gè)个星系相对于星系团的(de)运动速度。当(dāng)测量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威(wēi)基(jī)彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系(xì)团有99%的(de)质(zhì)量消失(shī)了(le)，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的(de)形式(shì)所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它(tā)们(men)早就应(yīng)该被抛出星系团(tuán)之外(wài)了，除非(fēi)有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对(duì)这样(yàng)的(de)一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在(zài)观测仙女座星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理论(lùn)上来(lái)说，距离中心(xīn)越(yuè)远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就会(huì)越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒(héng)星的(de)旋转速(sù)度几乎保持(chí)不变。可是根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在星(xīng)系(xì)当中(zhōng)如果没有足够大(dà)的质(zhì)量(liàng)来(lái)吸(xī)引(yǐn)它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科(kē)学家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来(lái)解(jiě)释(shì)暗物(wù)质的存在，这(zhè)种方法就(jiù)是测(cè)量星系(xì)当(dāng)中气体在X轴上距(jù)离星系(xì)中心的距离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结(jié)果，就认为是由暗物(wù)质(zhì)的(de)力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系(xì)中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度(dù)并(bìng)不符合牛(niú)顿(dùn)的力(lì)学定律。我们的太阳系也不例(lì)外(wài)，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万(wàn)有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际(jì)上，太(tài)阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个(gè)实际速度(dù)远(yuǎn)远大于(yú)理论速(sù)度，那么产生以上(shàng)这种向心(xīn)加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物(wù)质，是这些暗(àn)物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多(duō)的(de)研究人员(yuán)开(kāi)始相信暗(àn)物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗(àn)物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一(yī)可以解释这个现象的原因(yīn)。在一项新(xīn)的研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会出(chū)现速度上的微小差(chà)异。另外，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了(le)一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但(dàn)是星(xīng)系当中存(cún)在(zài)的恒星(xīng)数(shù)量却只(zhǐ)有银(yín)河系的千分(fēn)之一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该星系(xì)必须存在(zài)暗物质(zhì)，否则(zé)就会分(fēn)崩离析(xī)。但(dàn)是科(kē)学家们使(shǐ)用(yòng)最先进的望远镜对其(qí)进(jìn)行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现(xiàn)星系(xì)中的(de)恒星运动是(shì)可以用正(zhèng)常的物质和力(lì)学定律来解释(shì)的。那(nà)么又(yòu)有人提(tí)出，也(yě)许(xǔ)该星(xīng)系的暗(àn)物质，已经被附近(jìn)的(de)另(lìng)一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是(shì)，它的(de)附(fù)近没有任何(hé)星(xīng)系存在。造成这些(xiē)现象的(de)除了暗物质(zhì)的(de)假说(shuō)之(zhī)外，另一种可能就是人(rén)类对引力的理解(jiě)还(hái)不(bù)够全面，引(yǐn)力很可能(néng)在不同尺度空间中的(de)工作方式是不(bù)同的(de)，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天(tiān)体(tǐ)会(huì)沿着(zhe)它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式(shì)运动(dòng)。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的(de)相互(hù)作用则是不同的(de)方(fāng)式。对于在(zài)星系(xì)团(tuán)之间的相互作用，科学家还(hái)引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光(guāng)年的规模(mó)上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会产生对(duì)彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这(zhè)意味着(zhe)我(wǒ)们需(xū)要对现在的(de)物理定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很多(duō)人认为暗物(wù)质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他(tā)的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论(lùn)证据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的(de)气体当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会(huì)导致温度的急剧升(shēng)高，速度大(dà)幅降(jiàng)低(dī)。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于所有这些(xiē)气体所在的(de)中间区域。那(nà)么我们通过什(shén)么(me)来验证它的(de)质量(liàng)区域到底是不是集中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当中第一(yī)张全彩(cǎi)的高清照片，在照(zhào)片中我们可以(yǐ)明显地(dì)看到(dào)很多星(xīng)系(xì)似乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的(de)观测者之间。被一(yī)个质(zhì)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)遥远星系(xì)的(de)光都(dōu)发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象就是(shì)引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量(liàng)的(de)黑洞(dòng)或者是暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹星(xīng)系团观测的(de)时候(hòu)，发现它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释方法就是(shì)当星团发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到的(de)质(zhì)量气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接通(tōng)过了这(zhè)个区域，并在两边形(xíng)成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究(jiū)也被认为(wèi)是暗(àn)物质存(cún)在的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上(shàng)留下了(le)各(gè)相同性的(de)微波辐(fú)射。其中红色的部分表示(shì)温度较高(gāo)的区域(yù)，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区(qū)域，但实(shí)际上(shàng)它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后的(de)二值(zhí)图像进行连通域(yù)提取和(hé)标记之(zhī)后发(fā)现，如(rú)果宇宙当中没(méi)有暗物(wù)质，图形(xíng)看起(qǐ)来不(bù)应该是(shì)这样的，而随着(zhe)暗物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰值的(de)幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物(wù)质大约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍。这个数字(zì)与解释(shì)星系当中恒星运动(dòng)所需(xū)要(yào)的暗物质比例是一致的。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了(le)一个简单的(de)理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多(duō)不(bù)同(tóng)的观(guān)测(cè)结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他(tā)的电磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力(lì)来相(xiāng)互作用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的目标粒(lì)子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过(guò)去的几十年(nián)当中，人类为(wèi)了(le)寻找这些看不见、摸(猎德村一人分了多少钱，猎德村多少钱一方mō)不到，几乎不会与常规(guī)物质相互(hù)作用的(de)“暗(àn)物质(zhì)”，科学家(jiā)们(men)已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任何(hé)实质性(xìng)的(de)发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经(jīng)过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了(le)一个有趣(qù)的事情。探(tàn)测率(lǜ)会在每年的6月份达(dá)到峰值，然后在(zài)11月降到(dào)最低(dī)，而(ér)且在(zài)20年当中每年都(dōu)是一(yī)样。一些科学家认为(wèi)这可能(néng)是人类发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性的年(nián)度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味(wèi)着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生相应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围(wéi)绕太(tài)阳的方向与太阳环(huán)绕银(yín)河系的方(fāng)向是(shì)一致的，而另(lìng)外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与(yǔ)太(tài)阳(yáng)的方向正好达到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流最(zuì)快(kuài)的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况(kuàng)中，太(tài)阳(yáng)系相对银(yín)河系(xì)的平(píng)面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是(shì)这(zhè)并不影(yǐng)响这个理论的(de)有效性。

因(yīn)此科(kē)学家认为这(zhè)可以用来(lái)解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也(yě)可能有(yǒu)其他(tā)的情况，造成这种年度周期信号的差异也可(kě)能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客(kè)的(de)数量也符合这个(gè)周期(qī)的规律。

所以，科学(xué)家们又(yòu)在南半(bàn)球建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流的运动(dòng)特征和第一个实验室是一(yī)样的(de)。

因(yīn)此，如果在这里可以(yǐ)得到(dào)相同(tóng)的信(xìn)号，就可(kě)以成为暗物(wù)质所存(cún)在(zài)的非常有力(lì)的证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提供相应的(de)数据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一(yī)台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼太空望远镜其(qí)中一个(gè)关键的用途(tú)就是探索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘(mì)，对于探测的(de)结果，我(wǒ)们只能(néng)拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天(tiān猎德村一人分了多少钱，猎德村多少钱一方)体物理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得(dé)到进一步的证实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物(wù)质会不会意味着人类(lèi)并不孤单(dān)呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当中某猎德村一人分了多少钱，猎德村多少钱一方个角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗物质正在(zài)通过(guò)这(zhè)样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当然(rán)，这(zhè)些推(tuī)论的(de)大(dà)前提(tí)是要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在(zài)的实(shí)际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得暗(àn)物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新(xīn)的动力！

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