宇宙是“人为制造(zào)”的？为(wèi)何会(huì)存在科学无法解(jiě)释(shì)的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是(shì)什(shén)么？人(rén)类为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科学(xué)家们在过去(qù)的(de)几十年当中进(jìn)行了超过50次(cì)的(de)长期实(shí)验，但是却没有发(fā)现任何的有效(xiào)证据。除(chú)了一(yī)个地方(fāng)，在(zài)1687年(nián)出(chū)版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往(wǎng)后的(de)几百年来(lái)，当天文学家们(men)发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不(bù)符合万有引力定律(lǜ)的时(shí)候，他(tā)们(men)就(jiù)会知道，周围(wéi)一定有未(wèi)知(zhī)的天体通过引力在(zài)摄(shè)动(dòng)它(tā)的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行(xíng)轨道(dào)的异(yì)常(cháng)，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王(wáng)星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星(xīng)的发现都(dōu)是应(yīng)用万有引(yǐn)力定律所(suǒ)取(qǔ)得重大天(tiān)文成(chéng)就的例子。但是这些发(fā)现都是(shì)在恒星系统(tǒng)的(de)尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系(xì)或者是星团(tuán)的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究(jiū)和测量后发星(xīng)系(xì)团的(de)质量。这是一个(gè)由数千个星系(xì)所组成(chéng)的巨(jù)大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在(zài)一起。测量星系(xì)团的质量一般(bān)会(huì)使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)结果一(yī)致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用(yòng)光谱红移测(cè)量星系(xì)团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的(de)质量并(bìng)不以可见光的(de)形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系(xì)团中很多(duō)星系(xì)的速度比理论(lùn)上要快(kuài)得(dé)多，按照牛顿的(de)运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见(jiàn)星系的质(zhì)量所产生的引力是无(wú)法将它们(men)束缚在(zài)星(xīng)系(xì)团内的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神(shén)秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源于某(mǒu)种隐形的物(wù)质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它们(men)却占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是(shì)当(dāng)时的人们(men)对(duì)这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距(jù)离中心越远的(de)恒星在其轨道上的(de)运行(xíng)速度就会越慢。但是(shì)他(tā)们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持(chí)不变(biàn)。可是根据(jù)牛顿(dùn)的(de)万有引力定律(lǜ)，在星(xīng)系当中如果没有足(zú)够大的(de)质量来吸引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中了。基于(yú)这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)气体在(zài)X轴上距离(lí)星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的(de)旋转速度。如果出现异常(cháng)的结(jié)果，就认(rèn)为(wèi)是由暗(àn)物质的力(lì)量(liàng)进入其中。

于是(shì)科学家(jiā)们(men)通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了(le)距(jù)离星系中心(xīn)更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合(hé)牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系(xì)位于(yú)银河系的(de)第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计(jì)算，太阳系(xì)的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远远大于理论(lùn)速度，那(nà)么(me)产生以(yǐ)上这(zhè)种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在(zài)着一种我(wǒ)们(men)看不到的(de)物质，是这些暗物质的(de)引力效应将星系聚集(jí)在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这时(shí)开始，越来越多的(de)研究人员开(kāi)始相信暗物质(zhì)的存(cún)在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质(zhì)量占整个(gè)星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质(zhì)并不是唯(wéi)一可以(yǐ)解(jiě)释这个现象的原(yuán)因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文学(xué)家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不(bù)多，但(dàn)是星系(xì)当中存在的(de)恒星数量却只有(yǒu)银河系的(de)千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其进(jìn)行了40个(gè)小(xiǎo)时(shí)的详细(xì)测量之(zhī)后，发现星系中的(de)恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定律(lǜ)来(lái)解释的。那么又(yòu)有人提出(chū)，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近(jìn)的另(lìng)一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有(yǒu)任(rèn)何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗(àn)物质(zhì)的假说之外(wài)，另一种可能就是人类对引力的(de)理解还不够全面(miàn)，引力(lì)很可能在不同(tóng)尺度空(kōng)间中的工作方(fāng)式(shì)是不同的，这意味着(zhe)在(zài)行(xíng)星系尺度中的天(tiān)体会沿着(zhe)它们的轨道，按(àn)照我们所理(lǐ)解的方(fāng)式(shì)运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间(jiān)的相(xiāng)互作用则是不(bù)同的方式。对于在(zài)星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入了外部(bù)场效(xiào)应(yīng)的概念，指(zhǐ)的(de)是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大(dà)的(de)质量之间会(huì)产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的(de)效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们(men)需要对现在的物理定律(lǜ)进行(xíng)修(xiū)正，这(zhè)些发现也让(ràng)很多人(rén)认为(wèi)暗物质(zhì)假说(shuō)理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在(zài)的其他的(de)理论证据，这(zhè)些(xiē)理论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没(méi)法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿(yì)光(guāng)年的子(zi)弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星云南跟贵州是一个省吗 云南可以偷偷去缅甸吗系(xì)团所组成，类(lèi)似这样的(de)星团，它们大部(bù)分的普通(tōng)质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作(zuò)用就会导致温度的(de)急剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们(men)通过什(shén)么(me)来验证(zhèng)它的质(zhì)量区域到底是不是(shì)集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望远镜(jìng)传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩(cǎi)的(de)高清照片(piàn)，在(zài)照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸产生了巨大的(de)形变(biàn)。其实这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了(le)什么问题，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和我们(men)地球上的观(guān)测者之间。被一个(gè)质量超(chāo)级(jí)巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会(huì)使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个(gè)巨(jù)大的(de)天(tiān)体可能(néng)是(shì)超大质量的黑洞或(huò)者是暗物(wù)质。

所以当人(rén)们(men)对子弹星系团观测的时(shí)候，发现(xiàn)它(tā)的大(dà)质量区域并不是(shì)在中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释(shì)方法就是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子(zi)弹星系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存在的(de)迄今为止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同(tóng)性(xìng)的(de)微波(bō)辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部分表(biǎo)示温度较高的(de)区域，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学(xué)家们通(tōng)过对前(qián)景背景分离(lí)后的二值图(tú)像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不应该(gāi)是这(zhè)样的(de)，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的(de)测量值(zhí)，我们需要的(de)暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解释星(xīng)系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个(gè)简单(dān)的理论框架，就很好地解释了很(hěn)多(duō)不(bù)同的(de)观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不参(cān)与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互(hù)作用(yòng)。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底是(shì)什么？科学家们已(yǐ)经(jīng)提(tí)出了数(shù)十种(zhǒng)的假想目(mù)标，而(ér)要(yào)寻找这些不同的目标粒(lì)子所(suǒ)需(xū)要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为(wèi)了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常(cháng)规物质相互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已经进行了(le)超过(guò)50次的实验(yàn)，却(què)没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的(de)格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观(guān)测(cè)到(dào)了(le)某种(zhǒng)信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人(rén)们发现了(le)一个有趣(qù)的(de)事情。探测(cè)率会在每年的(de)6月(yuè)份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认为这可(kě)能是人类发(fā)现暗物质(zhì)的(de)第一(yī)个直接证据(jù)。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期(qī)性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着我们(men)也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银(yín)河系的(de)方向是一致的，而(ér)另外(wài)半(bàn)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(dá)到完全一致，这是(shì)理论上地球(qiú)穿越暗物(wù)质流(liú)最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管(guǎn)在(zài)实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系(xì)的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释，研(yán)究人(rén)员们所观测(cè)到的(de)周期性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造(zào)成这种年(nián)度周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的(de)水分、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大(dà)利游客(kè)的数量也符合这个周期的规律。

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所以，科学家们又(yòu)在南(nán)半球建立(lì)了(le)一(yī)个几乎(hū)相(xiāng)同(tóng)的(de)实(shí)验室，这里(lǐ)的季(jì)节与(yǔ)之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球穿过暗(àn)物质流的运动(dòng)特征和(hé)第(dì)一个实验室是(shì)一样的(de)。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同(tóng)的信号，就(jiù)可以成为暗物(wù)质(zhì)所存在的非常(cháng)有力的证据(jù)了。但是由(yóu)于(yú)这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的(de)望(wàng)远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是(shì)哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中一个关键的用途就是(shì)探索(suǒ)暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测的(de)结果，我们(men)只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子(zi)天(tiān)体物理中(zhōng)心的科(kē)学(xué)家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它(tā)们极(jí)有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效(xiào)应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的一(yī)个(gè)重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物质会(huì)不会意(yì)味(wèi)着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效应创造(zào)生命(mìng)。当然，这(zhè)些推(tuī)论(lùn)的大前提是要先(xiān)找到(dào)暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。那(nà)么小伙伴们(men)，你们觉得(dé)暗物质到底存(cún)不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的动力！

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