宇宙是“人为制造(zào)”的？为(wèi)何会(huì)存在(zài)科学无(wú)法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为(wèi)了寻(xún)找暗物(wù)质(zhì)存在的(de)证据，科学(xué)家们在过去的几十年(nián)当中进行(xíng)了超过50次的长期实(shí)验，但是却(què)没有(yǒu)发现任何(hé)的有效(xiào)证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的(de)几百(bǎi)年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定(dìng)律的时(shí)候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周(zhōu)围一定有未知的(de)天体(tǐ)通过引力在(zài)摄动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如(rú)在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行(xíng)轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得重大天(tiān)文(wén)成就的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒(héng)星系统的(de)尺度当(dāng)中，可当我们上升到(dào)星系或者是(shì)星团的(de)尺度，事(shì)情就开(kāi)始变得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗里茨(cí)兹(zī)威基正在研究和测量(liàng)后(hòu)发星系团的质量。这是(shì)一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的(de)数据(jù)是(shì)测量各(gè)个星系的(de)光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学质(zhì)量的计算，是(shì)利(lì)用(yòng)光谱红移测量星系团中(zhōng)的(de)各(gè)个(gè)星(xīng)系相对(duì)于星系团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻(chè)底(dǐ)懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星系(xì)团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形(xíng)式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基(jī)发现星系(xì)团中很多星系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上要(yào)快(kuài)得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见(jiàn)星(xīng)系的质量所产(chǎn)生的(de)引力是(shì)无法(fǎ)将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们(men)早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的(de)力量(liàng)在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹(zī)维基提出了这(zhè)样(yàng)部分不可见的暗(àn)质，它不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是(shì)当时的人们对(duì)这样(yàng)的一种说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特(tè)在观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论(lùn)上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就(jiù)会越慢。但是(shì)他(tā)们观测的结果却(què)让人感到不(bù)可思议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的(de)旋转速(sù)度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系(xì)当中如果没有足够大的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就(jiù)被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会使用(yòng)一种相对(duì)标(biāo)准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物质的(de)存在，这(zhè)种(zhǒng)方法就是(shì)测量星(xīng)系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是(shì)由(yóu)暗(àn)物(wù)质(zhì)的力量进入(rù)其中。

于是(shì)科(kē)学家们(men)通(tōng)过射电望远镜测量了距离星(xīng)系(xì)中心更远(yuǎn)距离的(de)氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系(xì)的(de)第(dì)三(sān)悬臂之(zhī)上，距离银(yín)河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的(de)运行速(sù)度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度远远大于理论速度(dù)，那(nà)么(me)产生以上这种向心加速(sù)度的原因很可能(néng)就是存在着一种(zhǒng)我们看(kàn)不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了(le)一起。

也是(shì)从这时开始，越(yuè)来越(yuè)多的研(yán)究人员开始相(xiāng)信暗物(wù)质(zhì)的存在(zài)。科学家根(gēn)据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量(liàng)占(zhàn)整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解释这个(gè)现(xiàn)象的原因。在(zài)一项(xiàng)新(xīn)的研(yán)究当中，科(kē)学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个(gè)反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大(dà)小(xiǎo)和银河系不多(duō)，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却(què)只有银河系的(de)千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须(xū)存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先(xiān)进(jìn)的(de)望远镜对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和力学定律来(lái)解释的。那么(me)又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被附(fù)近(jìn)的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星(xīng)系存在。造(zào)成(chéng)这些现象的(de)除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外(wài)，另一种可能就是人类对(duì)引力的理解还(hái)不够全(quán)面(miàn)，引力很可能在(zài)不同尺度空(kōng)间中戴自动蝴蝶去上班感受，带自动蝴蝶去上班的工作方式是不同(tóng)的，这意味着在行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按照我们(men)所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星系和(hé)星团的(de)尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的相互作用(yòng)则是不同的方(fāng)式。对(duì)于在星系团之(zhī)间(jiān)的相互作用(yòng)，科学家(jiā)还引入了(le)外部场(chǎng)效应的(de)概念，指的是在(zài)数百(bǎi)万光年(nián)的规模上，巨大(dà)的质量(liàng)之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此特殊的(de)效(xiào)果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)成立，这意味着我们需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现(xiàn)也(yě)让很(hěn)多人(ré戴自动蝴蝶去上班感受，带自动蝴蝶去上班n)认为(wèi)暗物质假说理论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在(zài)宇宙当中还有关(guān)于(yú)暗物质存在的(de)其他(tā)的(de)理论证据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年(nián)的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所(suǒ)组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量(liàng)都在(zài)星系的气体当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的(de)时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这些气体所在(zài)的(de)中间区域。那(nà)么我们通过什么来(lái)验(yàn)证它的质量区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中我们可(kě)以明显(xiǎn)地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不是真(zhēn)的(de)被扭曲了(le)，也不(bù)是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地球上的(de)观测者(zhě)之(zhī)间。被一(yī)个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨(jù)大的(de)天(tiān)体可能(néng)是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现它的大(dà)质量区域并不是(shì)在中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的解释(shì)方法就是当星团发生全(quán)部的碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并在(zài)两边(biān)形成了引力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被(bèi)认为是暗物(wù)质(zhì)存在的迄今为止最(zuì)好(hǎo)的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区(qū)域(yù)，蓝色则表示(shì)相对(duì)较(jiào)冷的区域(yù)，但实际上它(tā)们之(zhī)间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科(kē)学(xué)家们通过对前(qián)景背景分离后的(de)二值图像进行连通域(yù)提取和标记(jì)之(zhī)后(hòu)发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没(méi)有暗物质(zhì)，图(tú)形看起(qǐ)来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射(shè)的(de)测量值，我们需(xū)要的暗物质(zhì)大(dà)约是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是(shì)一致的。这就意味着。

用了(le)一个简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很(hěn)好(hǎo)地解释(shì)了很多不(bù)同的观测(cè)结果(guǒ)。而(ér)暗物(wù)质的本(běn)质就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存(cún)在着(zhe)某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子(zi)，它们不(bù)参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒(lì)子戴自动蝴蝶去上班感受，带自动蝴蝶去上班的(de)存在，就相当于(yú)找到了暗物(wù)质存在的实际(jì)证据(jù)。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已(yǐ)经提出(chū)了数十种(zhǒng)的(de)假想目标(biāo)，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子(zi)所(suǒ)需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会与(yǔ)常(cháng)规物(wù)质相互(hù)作用的“暗物(wù)质”，科学家们(men)已经进(jìn)行了超过50次的(de)实验，却没(méi)有(yǒu)任何实质性的发现，除(chú)了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上(shàng)最大(dà)的地(dì)学实验(yàn)室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数据收集，人们(men)发(fā)现了(le)一(yī)个有趣(qù)的事情。探(tàn)测率会在(zài)每(měi)年的6月份(fèn)达(dá)到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每(měi)年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是人(rén)类(lèi)发现暗(àn)物(wù)质的第一个(gè)直接证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了(le)太(tài)阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系(xì)进行(xíng)移动(dòng)，那么如果暗(àn)物质存(cún)在(zài)宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味着(zhe)我们也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是(shì)一致的，而另外(wài)半(bàn)年则与之相反。

而(ér)在6月(yuè)份的时候，地(dì)球与太(tài)阳的方向正好达(dá)到(dào)完全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在(zài)实际的(de)情(qíng)况中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来(lái)解(jiě)释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年(nián)度周期信号的差(chà)异也可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大利游客的数量也(yě)符合这个周(zhōu)期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们又在南(nán)半(bàn)球建立了一个几乎相同的(de)实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这(zhè)里可以得(dé)到相同的信号，就可(kě)以成(chéng)为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于(yú)这个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成不(bù)久，所以截(jié)至目(mù)前还无(wú)法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空(kōng)望远镜其中一个关键的用途(tú)就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果(guǒ)，我(wǒ)们(men)只(zhǐ)能(néng)拭目以待(dài)了。费米实(shí)验(yàn)室粒子天体物理中(zhōng)心的科学(xué)家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存在，它们(men)极有可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效应，会(huì)支持(chí)宇(yǔ)宙当(dāng)中生(shēng)命的诞生(shēng)，或(huò)者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一(yī)理论得到(dào)进一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味(wèi)着(zhe)人类并不孤单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)某个角落的(de)行(xíng)星上(shàng)，暗物质(zhì)正在通过这样的效(xiào)应创造(zào)生命。当然，这(zhè)些(xiē)推(tuī)论的(de)大前提(tí)是要先找到暗物质存(cún)在的(de)实际证据。那么(me)小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到(dào)底存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力！

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