宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在的证(zhèng)据(jù)，科学家们(men)在过去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学(xué)数学原理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出(chū)现(xiàn)异常，不(bù)符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一(yī)定有未知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律所取得重大天(tiān)文成就(jiù)的例子(zi)。但(dàn)是这(zhè)些(xiē)发现都是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在(zài)研究和测量后发星系(xì)团的(de)质量。这是(shì)一个(gè)由数千个(gè)星系所组成(chéng)的巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星系被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测(cè)量星系(xì)团(tuán)的(de)质量一般会使(shǐ)用(yòng)到(dào)两种方法，当两种方(fāng)法结(jié)果(guǒ)一致，就可以确定其质量的(de)范围。

第(dì)一(yī)种是(shì)获(huò)得其(qí)"光度(dù)学的(de)质量"，需要的数据是测(cè)量各(gè)个星系的光度。

第二种是动(dòng)力(lì)学(xué)质量的(de)计(jì)算，是(shì)利用光谱红移测量(liàng)星系团中(zhōng)的各(gè)个(gè)星系相对(duì)于(yú)星系团的(de)运动(dòng)速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的(de)质量(liàng)并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要(yào)快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星系的(de)质量所产(chǎn)生的引力是(shì)无法将它(tā)们束缚在(zài)星系团(tuán)内(nèi)的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量(liàng)来源于(yú)某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大(dà)部分的(de)质量。只是当时的(de)人(rén)们(men)对这(zhè)样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的恒(héng)星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观(guān)测的结(jié)果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有引力定律(lǜ)，在(zài)星(xīng)系当(dāng)中如果没有(yǒu)足够大的质(zhì)量来吸引它们(men)，这些(xiē)外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家(jiā)们会使用一种相对标准(zhǔn)的方(fāng)法来解释暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心的距(jù)离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出(chū)现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质的(de)力量进入其中。

于是(shì)科(kē)学(xué)家们通过射电望远(yuǎn)镜测(cè)量了距离(lí)星系(xì)中心(xīn)更远距(jù)离的氢元(yuán)素，发现它(tā)们的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合(hé)牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距(jù)离(lí)银河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕(rào)银河系旋转，这个(gè)实际(jì)速度远远大于理论速(sù)度，那(nà)么产生以(yǐ)上(shàng)这种向心加速度的(de)原因很(hěn)可能(néng)就是存在着一种我们看不到的(de)物质，是(shì)这些暗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(lái)越多的研究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨(guǐ)道(dào)的速度，估算在(zài)星系当(dāng)中暗(àn)物(wù)质(zhì)的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是唯一可以解(jiě)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(yǒu)引(yǐn)力效应的(de)遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的(de)微小差异。另外，天文(wén)学家(jiā)还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银河(hé)系不(bù)多，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的恒星数量却(què)只有银(yín)河系的(de)千分之(zhī)一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星系必须存(cún)在暗物质，否则(zé)就会分崩(bēng)离析。但是科学家们(men)使用最先(xiān)进的望远镜对其(qí)进行了(le)40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒星(xīng)运动(dòng)是可以(yǐ)用(yòng)正(zhèng)常的物质和力(lì)学定律(lǜ)来解(jiě)释的(de)。那么(me)又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另一(yī)个(gè)大星系(xì)剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近(jìn)没(méi)有任(rèn)何星系存(cún)在。造成(chéng)这些(xiē)现象的(de)除了暗物质的(de)假(jiǎ)说之外，另一种可能(néng)就是人类对引力的理解还不够全面(miàn)，引(yǐn)力(lì)很可能在不同尺度(dù)空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意(yì)味(wèi)着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们所理解的方式(shì)运动。但是上升(shēng)到星系(xì)和(hé)星团的尺度，引力(lì)之间的(de)相互作用则是不同的方式。对(duì)于在星(xīng)系团之间的相互(hù)作用，科学家还引入了外部(bù)场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光年的规(guī)模上(shàng)，巨(jù)大的质(zhì)量之间(jiān)会产生(shēng)对(duì)彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这(zhè)个理论(lùn)叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需(xū)要对(duì)现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很(hěn)多人(rén)认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存(cún)在的其他的理论证据(jù)，这些理论(lùn)证据是(shì)蒙德理论所没(méi)法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光(guāng)年(nián)的子(zi)弹星系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们大(dà)部分的普通质量(liàng)都在星系的气(qì)体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时(shí)候(hòu)，星(xīng)际气体的相互作(zuò)用就会导(dǎo)致(zhì)温度(dù)的(de)急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部(bù)分(fēn)的(de)质量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通过什么来验证它的质量区(qū)域(yù)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(zhōng)第一张全彩的(de)高清照片，在照片中我(wǒ)们可(kě)以明(míng)显地看(kàn)到很多星系(xì)似乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨大(dà)的形变。其(qí)实(shí)这(zhè)些星系本身并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的(de)天(tiān)体(tǐ)和(hé)我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个(gè)超大(dà)质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发(fā)生了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜(jìng)效应(yīng)。这个(gè)巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人们对子(zi)弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它(tā)的(de)大质量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释(shì)方(fāng)法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗物质(zhì)则直接通过了(le)这个区域，并在(zài)两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗(àn)物质(zhì)存(cún)在(zài)的(de)迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来(lái)自(zì)宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸(zhà)开(kāi)始，38万(wàn)年之后(hòu)，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无(wú)阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的(de)微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部(bù)分表示温度较(jiào)高的区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷的区(qū)域，但(dàn)实际上它(tā)们之(zhī)间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后的(de勖存姿为什么没有碰喜宝，勖存姿为什么不碰喜宝)二值(zhí)图像进行连通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该(gāi)是(shì)这(zhè)样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架(jià)，就(jiù)很好地解(jiě)释(shì)了很多不同(tóng)的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子(zi)，它们不参与任何其(qí)他的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了(le)暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到(dào)底是(shì)什(shén)么？科学家们已经(jīng)提出(chū)了数十种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻找这些(xiē)不同的目(mù)标粒子所需(xū)要(yào)的实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了(le)超过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的发(fā)现，除了一(yī)个地(dì)方，意(yì)大利的格兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球(qiú)上最(zuì)大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻(xún)找暗(àn)物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家(jiā)声称(chēng)观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率(lǜ)会在(zài)每年的6月(yuè)份达到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家(jiā)认为这可能是(shì)人类发现暗(àn)物质的第一个直接证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物质会产(chǎn)生(shēng)周期(qī)性的年(nián)度信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了(le)太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也(yě)在以这样的速度(dù)在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生(shēng)相应的(de)振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)太(tài)阳进(jìn)行(xíng)旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳(yáng)的方向与太阳(yáng)环绕银(yín)河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与(yǔ)之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份的时(shí)候(hòu)，地球与太(tài)阳的(de)方向正好达(dá)到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质(zhì)流最快的(de)时(shí)段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了(le)最慢值(zhí)。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系(xì)相对银河(hé)系的平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个(gè)理论的(de)有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这可(kě)以用(yòng)来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成(chéng)这种年度(dù)周期信(xìn)号的差异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大(dà)利(lì)游客的数量(liàng)也符合这个(gè)周期的(de)规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家(jiā)们(men)又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的(勖存姿为什么没有碰喜宝，勖存姿为什么不碰喜宝de)实(shí)验室，这里的季节与之前的(de)实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特(tè)征和第一个(gè)实验室是(shì)一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相同的(de)信(xìn)号(hào)，就可以成为暗物(wù)质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截(jié)至目(mù)前(qián)还无法提(tí)供相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供(gōng)的视(shì)野是(shì)哈勃(bó)红外仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个(gè)关键的用途(tú)就(jiù)是探索暗物质背(bèi)后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室(shì)粒子天体物理中(zhōng)心的(de)科学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研(yán)究发(fā)现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那(nà)么(me)遍布宇宙当中的(de)暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上，暗物(wù)质正在通(tōng)过这(zhè)样的效应创造生(shēng)命。当然(rán)，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质(zhì)到底存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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