宇宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物(wù)质存在的证(zhèng)据，科学(xué)家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个(gè)地(dì)方，在1687年(nián)出版的自然(rán)哲学数(shù)学原理一书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的(de)几百(bǎi)年来，当(dāng)天文学(xué)家们(men)发现(xiàn)某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异常(cháng)，不(bù)符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并(bìng)且发(fā)现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得重大天文成就的例(lì)子。但(dàn)是(shì)这些发现都是在(zài)恒星系统的(de)尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们(men)上升(shēng)到星(xīng)系(xì)或者(zhě)是星团的尺度(dù)，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个由(yóu)数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束(shù)缚(fù)在(zài)一起。测量星系团(tuán)的质(zhì)量一般会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围(wéi)。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的(de)光度。

第(dì)二种(zhǒng)是(shì)动力学质(zhì)量的计算(suàn)，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的(de)各个星(xīng)系相对(duì)于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可(kě)见光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的(de)是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星(xīng)系团(tuán)中很多星(xīng)系的速度(dù)比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系(xì)的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它们(men)早就应该被抛出星(xīng)系(xì)团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在起作(zuò)用(yòng)，这种力量来(lái)源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散(sàn)光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一(yī)种说(shuō)法不(bù)屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天(tiān)文学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的(de)恒(héng)星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行(xíng)速度(dù)就(jiù)会越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不(bù)变。可是根据(jù)牛顿(dùn)的万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，在(zài)星系当中如果没有足够大(dà)的(de)质量来吸引它们(men)，这些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家们胡服骑射的故事及启示感悟，胡服骑射的故事告诉我们什么(men)会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质(zhì)的存(cún)在，这种(zhǒng)方(fāng)法就(jiù)是(shì)测量星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望(wàng)远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它(tā)们(men)的旋转速度并不符合牛(niú)顿的(de)力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距(jù)离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太(tài)阳系(xì)的运(yùn)行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度(dù)远远大(dà)于理论(lùn)速度，那(nà)么(me)产生(shēng)以上这种向心加速度的原因很可能就是存(cún)在着一种我们看不到(dào)的物(wù)质，是这些(xiē)暗(àn)物质的引力效应将星(xīng)系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗物质的存在(zài)。科学(xué)家根据星系(xì)外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一可(kě)以(yǐ)解释(shì)这个现(xiàn)象的原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家(jiā)们发(fā)现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也(yě)会(huì)出(chū)现(xiàn)速度上的微小差异(yì)。另(lìng)外，天文学家(jiā)还发(fā)现了一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地(dì)球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银河系不(bù)多(duō)，但(dàn)是星系当中存(cún)在的恒星数量却只(zhǐ)有银(yín)河系的千分之(zhī)一(yī)。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该星(xīng)系(xì)必须存在(zài)暗物质，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望(wàng)远镜对其进(jìn)行了40个小时的(de)详(xiáng)细(xì)测(cè)量之后，发(fā)现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物(wù)质(zhì)和(hé)力学定(dìng)律来解释的。那么(me)又有人提(tí)出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附(fù)近的另一(yī)个(gè)大星系剥离了(le)。奇怪(guài)的是，它(tā)的附(fù)近(jìn)没有任何星系存在。造(zào)成这些(xiē)现象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能就是人类对(duì)引力的理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不(bù)同尺度空间中(zhōng)的工作方(fāng)式是不同的(de)，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的(de)方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是(shì)不(bù)同的方式。对(duì)于在星系团之间(jiān)的相互作(zuò)用(yòng)，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概(gài)念，指的是(shì)在(zài)数百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大(dà)的(de)质量之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此特殊的(de)效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味(wèi)着我们(men)需(xū)要对现(xiàn)在(zài)的(de)物理(lǐ)定律(lǜ)进(jìn)行修正，这些发(fā)现也(yě)让很多人认为暗(àn)物(wù)质假说理论(lùn)就此终结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中还有关于暗物质存在的(de)其他(tā)的理(lǐ)论(lùn)证据，这些理论证据(jù)是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法解释(shì)的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的(de)子弹(dàn)星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普通质(zhì)量(liàng)都在星系的(de)气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际(jì)气体(tǐ)的相互作用(yòng)就(jiù)会导(dǎo)致温(wēn)度(dù)的急剧(jù)升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位于所(suǒ)有(yǒu)这些气体所在的中间(jiān)区域。那么(me)我们通过什么来验证它的(de)质量区域到底(dǐ)是(shì)不是集(jí)中在中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以明(míng)显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其(qí)实(shí)这(zhè)些星系本身并(bìng)不是真的被(bèi)扭曲(qū)了，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地球(qiú)上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨(jù)大的天体遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的(de)东西(xī)的引力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可(kě)能是超大质量的(de)黑(hēi)洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人(rén)们对子(zi)弹星(xīng)系团观测(cè)的时候，发现它(tā)的大质量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的(de)解释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观(guān)测到的(de)质量(liàng)气体(tǐ)被卡在(zài)了中间(jiān)，暗物质则(zé)直接通过了这个(gè)区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究(jiū)也被(bèi)认(rèn)为(wèi)是暗物质(zhì)存在(zài)的迄(qì)今为(wèi)止最好的(de)理论证据。

除此之外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终于可(kě)以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿年(nián)之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红(hóng)色(sè)的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的(de)区(qū)域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之(zhī)一。

科(kē)学家们(men)通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进(jìn)行(xíng)连通(tōng)域提(tí)取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗(àn)物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射(shè)的测(cè)量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个(gè)数字与解释(shì)星系(xì)当中恒星(xīng)运动所需(xū)要(yào)的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着某(mǒu)种类型的(de)粒子，它们(men)不(bù)参与任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力(lì)来相互作用。所以如果能够找到这种粒(lì)子(zi)的存(cún)在，就相(xiāng)当于找到了(le)暗(àn)物质存(cún)在的(de)实(shí)际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到(dào)底是什么？科学家们已经提出了(le)数十(shí)种(zhǒng)的(de)假想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会(huì)与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质(zhì)性(xìng)的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格(gé)兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地学(xué)实验(yàn)室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三(sān)层楼高的(de)探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的科(kē)学家(jiā)声称观测到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多年(nián)的数据收集，人(rén)们发现了(le)一个(gè)有(yǒu)趣(qù)的(de)事情(qíng)。探测率会在(zài)每年的(de)6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后(hòu)在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是(shì)一样(yàng)。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗(àn)物质的第一(yī)个胡服骑射的故事及启示感悟，胡服骑射的故事告诉我们什么(gè)直接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着(zhe)银(yín)河系进行移(yí)动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们(men)也在以这(zhè)样(yàng)的速度在(zài)穿越着暗物质流，这(zhè)个过程(chéng)中会产生相(xiāng)应的(de)振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的(de)方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半(bàn)年则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份的时(shí)候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正好达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗(àn)物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情(qíng)况中，太阳系相对(duì)银河系的(de)平面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科学家认为(wèi)这可以(yǐ)用来解(jiě)释，研究人(rén)员们所(suǒ)观测(cè)到的周期性信号。当然也(yě)可能有其(qí)他的情况，造成这种年(nián)度周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利游客的数量也(yě)符合(hé)这个(gè)周期的规律。

所以，科(kē)学家们(men)又(yòu)在(zài)南半球建立了一个几乎相同的(de)实验(yàn)室，这里(lǐ)的季节与之前的实(shí)验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动(dòng)特征(zhēng)和第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同(tóng)的信(xìn)号，就可以成为(wèi)暗(àn)物质所(suǒ)存在的非(fēi)常(cháng)有力(lì)的证(zhèng)据(jù)了。但是由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还(hái)无法(fǎ)提供(gōng)相应的数据(jù)支持(chí)。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提(tí)供的视野是哈(hā)勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后(hòu)的奥秘(mì)，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费(fèi)米实(shí)验室粒(lì)子天体物(wù)理(lǐ)中心的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是(shì)生命(mìng)进化(huà)的一个重要因素。

如(rú)果这一(yī)理论得(dé)到(dào)进一步的证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的胡服骑射的故事及启示感悟，胡服骑射的故事告诉我们什么暗物质(zhì)会不(bù)会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在通过(guò)这样的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要(yào)先(xiān)找(zhǎo)到暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。那么(me)小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质(zhì)到底存(cún)不存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更(gèng)新(xīn)的动力！

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