宇宙是“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何会存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什(shén)么(me)？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在(zài)的(de)证据，科学家们在过去(qù)的几十年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何(hé)的有效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的(de)自然(rán)哲学数(shù)学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体(tǐ)运(yùn)动的规律。往后的(de)几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一(yī)定有未知的天(tiān)体通过引力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天王星运行(xíng)轨道(dào)的异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可(kě)当我们上(shàng)升到星系(xì)或(huò)者是(shì)星团的尺(chǐ)度(dù)，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究(jiū)和测量(liàng)后发(fā)星系团的质量。这(zhè)是一(yī)个(gè)由(yóu)数千个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就可(kě)以确定其质量的范围(wéi)。

第一(yī)种是(shì)获得(dé)其(qí)"光度学的(de)质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是(shì)利用(yòng)光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星(xīng)系相对于星系(xì)团的(de)运动速(sù)度。当(dāng)测量结果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发(fā)座(zuò)星系(xì)团有(yǒu)99%的(de)质量(liàng)消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式(shì)所存在(zài)，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(jī)发(fā)现星系(xì)团中很(hěn)多(duō)星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些可见(jiàn)星(xīng)系的质(zhì)量所产(chǎn)生(shēng)的引(yǐn)力是无法将它们(men)束缚在星系团(tuán)内的，它们(men)早就应该被抛出星(xīng)系(xì)团(tuán)之外了(le)，除非(fēi)有一种神秘的(de)力量在起作(zuò)用(yòng)，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于某种隐(yǐn)形的(de)物质(zhì)。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的(de)一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个(gè)词才再(zài)一次(cì)出(chū)现(xiàn)。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙(xiān)女座星系中的(de)恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨道上的运行(xíng)速度就(jiù)会(huì)越慢。但是他们观测(cè)的结(jié)果却让人(rén)感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持(chí)不变。可(kě)是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来(lái)吸引它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗(àn)物质的存(cún)在，这种方法就是测量星系当中气(qì)体在(zài)X轴上距离星系(xì)中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转速(sù)度。如果出(chū)现(xiàn)异常(cháng)的结果(guǒ)，就认为(wèi)是由(yóu)暗(àn)物质(zhì)的力(lì)量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜测量(liàng)了距离(lí)星系中心更(gèng)远(yuǎn)距离(lí)的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也(yě)不例外(wài)，太阳系位于银(yín)河系(xì)的(de)第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律(lǜ)进行计(jì)算，太(tài)阳系的运行(xíng)速(sù)度应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速(sù)度远远大于理(lǐ)论(lùn)速度，那么(me)产生以上这种向心加速度的原(yuán)因很可能就是存(cún)在着(zhe)一种我们(men)看不(bù)到的(de)物质，是(shì)这些(xiē)暗物质的引力(lì)效应将(jiāng)星系聚集在了一(yī)起。

也是(shì)从(cóng)这时(shí)开始，越来越多的研究(jiū)人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道(dào)的速(sù)度(dù)，估算在星系(xì)当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是唯一(yī)可以(yǐ)解释这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项新(xīn)的(de)研究当中，科学(xué)家们(men)发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星(xīng)之(zhī)间(jiān)，也会出(chū)现速度上的(de)微小差异(yì)。另外，天(tiān)文(wén)学(xué)家还(hái)发现(xiàn)了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银(yín)河系不(bù)多(duō)，但是星(xīng)系当中存在的(de)恒(héng)星数量却只有银河(hé)系的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离(lí)析(xī)。但是科学(xué)家们使用最(zuì)先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了(le)40个(gè)小(xiǎo)时的详细测(cè)量之后(hòu)，发(fā)现星系中的(de)恒星运动是(shì)可(kě)以用正常(cháng)的物(wù)质和力(lì)学定律来(lái)解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另(lìng)一(yī)个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的(de)假说之(zhī)外，另一(yī)种可(kě)能就是(shì)人类对(duì)引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这(zhè)意味着在(zài)行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们(men)所理解的方式运(yùn)动(dòng)。但是上升到星(xīng)系和星团的尺(chǐ)度(dù)，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家还引入(rù)了外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万(wàn)光年的规(guī)模上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在(zài)宇宙(zhòu)当中还有关(guān)于暗物(wù)质存(cún)在的其(qí)他的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似(shì)这样的星(xīng)团，它们大(dà)部(bù)分的普通质量都在星系的(de)气体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会(huì)导致温度(dù)的急剧升高，速度大(dà)幅降低(dī)。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质(zhì)量将位于(yú)所有这些气体所在的中间区域。那(nà)么(me)我们通过什么来验证它的质量区(qū)域到底(dǐ)是(shì)不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望远镜传回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第(dì)一张全彩的高(gāo)清照片，在照(zhào)片中我们可以明(míng)显地看(kàn)到很多星系(xì)似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些(xiē)星(xīng)系本身并不(bù)是真的(de)被扭曲(qū)了(le)，也不是(shì)韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题(tí)，而(ér)是这样极遥远的(de)天体和我们地球上的观测(cè)者之间。被一(yī)个质量(liàng)超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的(de)引力，会使身后更(gèng)遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天(tiān)体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对(duì)子(zi)弹星系团(tuán)观测的(de)时候，发现(xiàn)它的(de)大质量区域并(bìng)不(bù)是在中间，而是(shì)在(zài)两侧(cè)。所以最好(hǎo)的(de)解释方法就是当星(xīng)团(tuán)发生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对(duì)子弹星系团的(de)引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存在(zài)的(de)迄(qì)今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙(zhòu)当中最古老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下了各(gè)相同性的(de)微(wēi)波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表示相对较(jiào)冷的区(qū)域，但实际上(shàng)它们之(zhī)间(jiān)的温差(chà)只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后的(de)二(èr)值(zhí)图像进(jìn)行连通域(yù)提取(qǔ)和标(biāo)记之后发现，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图(tú)形(xíng)看起(qǐ)来不(bù)应该是(shì)这样的(de)，而随着(zhe)暗(àn)物质(zhì)的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变(biàn)得看(kàn)起来(lái)“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐(fú)射的测(cè)量(liàng)值，我们需要(yào)的(de)暗物(wù)质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当(dāng)中恒星运动所需(xū)要的暗物质比(bǐ)例(lì)是一致(zhì)的。这就意味着。

用了(le)一(yī)个(gè)简单(dān)的理论框架，就(jiù)很好地解释了很(hěn)多不同的观测结果(guǒ)。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它们不参与任何其他(tā)的(de)电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的实(shí)际(jì)证据。这种粒子(zi)到(dào)底(dǐ)是什(shén)么？科学家们已经提出(chū)了(le)数十种的(de)假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找这些(xiē)不(bù)同的目标(biāo)粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看(kàn)不见、摸不(bù)到(dào)，几乎不(bù)会与常规物质相互作用(yòng)的(de)“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已(yǐ)经进行了超过50次的(de)实验(yàn)，却(què)没(méi)有任何实质(zhì)性的(de)发现，除了(le)一(yī)个地方，意(yì)大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井(jǐng)当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验(yàn)室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测(cè)器(qì)，一直(zhí)致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的(de)数据收集，人(rén)们发(fā)现了一个有趣的事(shì)情(qíng)。探测率会(huì)在(zài)每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月(yuè)降到最(zuì)低(dī)，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗(àn)物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产(chǎn)生周期性的年(nián)度(dù)信(xìn)号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太阳三国时期中国有多少人口面积，三国时期中国有多少人口和面积系正在以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们(men)也在以(yǐ)这样(yàng)的速度(dù)在(zài)穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的(de)振荡(dàng)，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系的方向是一(yī)致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方向正好达到(dào)完全一致，这是(shì)理(lǐ)论(lùn)上地(dì)球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了(le)最慢值。尽管在实际的(de)情况中(zhōng)，太(tài)阳(yáng)系相对银河系的平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这个理论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家(jiā)认为这可(kě)以用来解(jiě)释，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信号。当然也(yě)可(kě)能有其(qí)他的(de)情况，造(zào)成这种年度周期信号的差异(yì)也(yě)可能是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又(yòu)在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的(de)实验室，这里的季节(jié)与之前的实(shí)验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过(guò)暗物质流的运动特(tè)征和第(dì)一个实验室是一(yī)样的(de)。

因此，如果在(zài)这里(lǐ)可以(yǐ)得到相同(tóng)的信号，就可以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在的非常有力的(de)证据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不(bù)久，所以截至目(mù)前还无法(fǎ)提(tí)供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的望远镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验室粒(lì)子天体物理中(zhōng)心(xīn)的科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研(yán)究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质(zhì)存(cún)在(zài三国时期中国有多少人口面积，三国时期中国有多少人口和面积三国时期中国有多少人口面积，三国时期中国有多少人口和面积)，它们极(jí)有可(kě)能(néng)拥有另(lìng)一种神秘(mì)的效应，这种暗物(wù)质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或(huò)者说(shuō)是生命进化的(de)一个(gè)重要因素。

如果(guǒ)这一理论得(dé)到进一步的(de)证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗物(wù)质会不会意味着人(rén)类(lèi)并不孤(gū)单呢？或(huò)许在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角落的(de)行星上(shàng)，暗(àn)物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提(tí)是(shì)要先(xiān)找(zhǎo)到暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是(shì)我更新的动力！

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