宇宙是(shì)“人为制造”的(de)？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过去的几十年当中(zhōng)进行(xíng)了超过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了(le)一(yī)个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合(hé)万有引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力(lì)在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是(shì)应(yīng)用万有引力定(dìng)律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这(zhè)是一个由数(shù)千个星系所组(zǔ)成的巨特朗普为什么叫懂王吗？ 特朗普为什么称为懂王大星系团，这(zhè)些(xiē)星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果一致(zhì)，就(jiù)可以确定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种是(shì)获得其"光度学(xué)的质量(liàng)"，需要的数据是测(cè)量(liàng)各个星系(xì)的(de)光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测(cè)量(liàng)星系团(tuán)中的(de)各个星(xīng)系相对于星系团的运动速度。当测量结果出(chū)来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度(dù)学(xué)质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质(zhì)量(liàng)消(xiāo)失(shī)了，或者说(shuō)这99%的(de)质量并不(bù)以可见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到(dào)。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测量(liàng)速(sù)度(dù)的过程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团中很多(duō)星系(xì)的(de)速(sù)度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅靠这些可(kě)见星系的质量(liàng)所产生的(de)引力是无法将它们束缚(fù)在星系(xì)团内(nèi)的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一(yī)种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是它们(men)却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的(de)质量(liàng)。只是当时的人(rén)们(men)对这样的(de)一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再(zài)一(yī)次(cì)出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福(fú)特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们(men)观测的结果却让(ràng)人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是(shì)根据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来(lái)吸(xī)引它们，这些外围的(de)恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学(xué)家(jiā)们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法(fǎ)就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距(jù)离星系中心的(de)距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转速度(dù)。如(rú)果出现异常的(de)结果，就(jiù)认为(wèi)是(shì)由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于(yú)是(shì)科学(xué)家们通过射(shè)电望远镜测(cè)量(liàng)了距离星系(xì)中心更远距离的氢元素，发(fā)现(xiàn)它们的(de)旋转速度并不(bù)符合(hé)牛顿的力学定律(lǜ)。我们(men)的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系(xì)的第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳(yáng)系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论速度，那(nà)么产生(shēng)以上这种向心加(jiā)速(sù)度的原因很可能就是(shì)存在着一(yī)种我们看不到的物质(zhì)，是(shì)这些暗物质的(de)引力效应(yīng)将星(xīng)系(xì)聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的(de)存(cún)在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量(liàng)占整(zhěng)个(gè)星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也(yě)会(huì)出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家(jiā)还发现了一个反(fǎn)常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河系不多(duō)，但(dàn)是星系当中存在的恒(héng)星数量(liàng)却只(zhǐ)有银河系(xì)的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该(gāi)星(xīng)系必须存在(zài)暗物(wù)质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析(xī)。但是科学家(jiā)们使用最先进的(de)望远镜对其进行了(le)40个(gè)小时(shí)的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的(de)恒星运(yùn)动是(shì)可以用(yòng)正常的物质和(hé)力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物(wù)质，已经被附近的另(lìng)一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是(shì)，它(tā)的附(fù)近(jìn)没有任(rèn)何(hé)星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就是人类对引力的理解还不够全(quán)面(miàn)，引(yǐn)力很可能在不(bù)同(tóng)尺度空间中的(de)工作(zuò)方(fāng)式(shì)是不同的，这意(yì)味着(zhe)在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我(wǒ)们所理解的方式运(yùn)动(dòng)。但(dàn)是(shì)上升到星系和星团的尺度，引力(lì)之间的(de)相互作用则是(shì)不(bù)同的方式。对于在星系(xì)团之(zhī)间的相互作用(yòng)，科学家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规(guī)模上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发(fā)现也让很多人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论(lùn)就(jiù)此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其(qí)他的理(lǐ)论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所(suǒ)没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的(de)星团，它们大(dà)部分的普通(tōng)质量都(dōu)在(zài)星系(xì)的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气(qì)体的(de)相互作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大(dà)幅(fú)降(jiàng)低(dī)。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)大(dà)部分的(de)质量将位于(yú)所有(yǒu)这(zhè)些气体所在的中间(jiān)区域。那么(me)我们通过什么来验证(zhèng)它的质量区(q特朗普为什么叫懂王吗？ 特朗普为什么称为懂王ū)域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高(gāo)清照片，在照片中我(wǒ)们可(kě)以明显地看到(dào)很多星(xīng)系似乎被拉伸产(chǎn)生了(le)巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲(qū)了，也不(bù)是韦伯望远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而(ér)是(shì)这(zhè)样极遥远的天(tiān)体和我们(men)地球上的(de)观(guān)测者之间(jiān)。被一(yī)个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个(gè)现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观测的时候，发现(xiàn)它的(de)大质量区域(yù)并(bìng)不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当(dāng)星团发生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到(dào)的质量气体被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则直接(jiē)通(tōng)过了(le)这个区域，并(bìng)在(zài)两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的引力透镜研(yán)究也(yě)被认为是暗物(wù)质存(cún)在(zài)的迄今为止最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来(lái)自(zì)宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上留(liú)下了各(gè)相(xiāng)同(tóng)性的微波辐射。其中红色的(de)部(bù)分表示(shì)温度较(jiào)高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之(zhī)间的温(wēn)差(chà)只有万分之(zhī)一。

科学(xué)家们通过对前(qián)景背景分离后的二(èr)值图像进行连通域提(tí)取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的(de)测量(liàng)值，我们需要的(de)暗物(wù)质大(dà)约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星(xīng)系当(dāng)中恒星(xīng)运动所需要的暗(àn)物(wù)质比例是一致的(de)。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很(hěn)好(hǎo)地解(jiě)释了很多不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不参(cān)与任何(hé)其他的电(diàn)磁(cí)作(zuò)用，只通过(guò)引力(lì)来相互作用(yòng)。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是(shì)什(shén)么？科学家们已经(jīng)提(tí)出了数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些(xiē)不同的目(mù)标(biāo)粒子所需要的实验(yàn)方(fāng)式(shì)也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们(men)已经进行了超过(guò)50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声(shēng)称(chēng)观测到了某(mǒu)种信号(hào)。经过了(le)20多年的(de)数据收(shōu)集(jí)，人们发现(xiàn)了一个(gè)有(yǒu)趣(qù)的事情(qíng)。探测(cè)率会在每(měi)年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后在(zài)11月降(jiàng)到(dào)最低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这(zhè)可能是人类发现暗物(wù)质(zhì)的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生(shēng)周期性的年(nián)度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我(wǒ)们(men)也在(zài)以这样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物质流，这(zhè)个(gè)过程(chéng)中会(huì)产生(shēng)相应的(de)振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太(tài)阳的(de)方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系的方(fāng)向是一致(zhì)的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球(qiú)与太阳的(de)方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达(dá)到(dào)了最慢值。尽管在实际(jì)的情(qíng)况中，太(tài)阳系相对银(yín)河(hé)系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论(lùn)的(de)有效(xiào)性。

因此科学家认为这可(kě)以用(yòng)来解释，研(yán)究人员们(men)所观测(cè)到的周期性信号。当然也可(kě)能有其他的情(qíng)况，造成(chéng)这(zhè)种年度周期信号(hào)的差(chà)异也(yě)可能(néng)是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合这个周期的(de)规律。

所以，科学家们(men)又在(zài)南(nán)半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里(lǐ)的(de)季节与(yǔ)之(zhī)前(qián)的实验(yàn)室正(zhèng)好相(xiāng)反(fǎn)，而(ér)在这里(lǐ)，地(dì)球穿过(guò)暗物质流(liú)的(de)运动特征和(hé)第一(yī)个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可(kě)以得到相(xiāng)同的(de)信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非常有(yǒu)力的(de)证(zhèng)据了。但(dàn)是由(yóu)于这(zhè)个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前(qián)还无法提供相应(yīng)的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一(yī)台新的望远镜，这台(tái)太(tài)空望远镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提(tí)供的视野是(shì)哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望远镜其中一个(gè)关(guān)键(jiàn)的用途(tú)就是(shì)探索暗(àn)物质(zhì)背(bèi)后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命进化的(de)一个(gè)重(zhòng)要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会(huì)不(bù)会(huì)意(yì)味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这样的效(xiào)应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你们(men)觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持是我更新(xīn)的动力(lì)！

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