宇宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为何会存在科(kē)学无法(fǎ)解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的(de)证据，科学家们在过去的几十年(nián)当中(zhōng)进行了超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验(yàn)，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任何(hé)的有效证(zhèng)据。除了(le)一个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲学数学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引力(lì)定律，它(tā)揭示了(le)宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道出现异(yì)常，不符合(hé)万有引(yǐn)力(lì)定律的时候，他们就会(huì)知(zhī)道，周围(wéi)一定(dìng)有(yǒu)未知(zhī)的(de)天(tiān)体通(tōng)过引力(lì)在摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶(yé)就通(tōng)过天王星(xīng)运(yùn)行(xíng)轨道的(de)异(yì)常，推算并且发现了海王星的存(cún)在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都(dōu)是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上(shàng)升(shēng)到星系或(huò)者(zhě)是星团的尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发星(xīng)系(xì)团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系(xì)所组(zǔ)成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星(xīng)系团的质量一(yī)般(bān)会(huì)使用到(dào)两种方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果(guǒ)一致，就(jiù)可以确定(dìng)其(qí)质量的范围。

第一种是(shì)获(huò)得其"光度学(xué)的(de)质(zhì)量"，需要的(de)数(shù)据(jù)是测(cè)量各个星系的(de)光度(dù)。

第二种是动力学质量的(de)计(jì)算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团(tuán)中的各个星系相对于星系团(tuán)的运(yùn)动速度(dù)。当(dāng)测量结(jié)果出来之后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是(shì)“光度学质量”的(de)400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发(fā)座星系(xì)团有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或者说这99%的(de)质量(liàng)并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在(zài)测量速度的(de)过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发(fā)现星(xīng)系团中(zhōng)很多(duō)星系的速度比理论上要(yào)快(kuài)得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量(liàng)所产生的(de)引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系团之外了，除(chú)非(fēi)有一种(zhǒng)神(shén)秘的力(lì)量在起作用(yòng)，这(zhè)种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它们却(què)占(zhàn)据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的(de)一(yī)种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特(tè)在观测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的(de)旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力定律，在星系(xì)当中(zhōng)如果没有足(zú)够大的(de)质量来(lái)吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围的恒(héng)星早就(jiù)被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方(fāng)法就是测(cè)量星(xīng)系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就(jiù)认为是(shì)由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测(cè)量了距离星(xīng)系(xì)中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力(lì)定律进行计算(suàn)，太(tài)阳系的运行速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正(zhèng)在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度(dù)的原因(yīn)很可(kě)能就是存在着一种我们(men)看不到的物质，是(shì)这些暗(àn)物质的引力效应将(jiāng)星系聚集(jí)在了(le)一起。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越来(lái)越多的研(yán)究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质的存(cún)在。科学(xué)家(jiā)根据星系外恒星(xīng)轨道的速度(dù)，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗物(wù)质并不是唯(wéi)一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新(xīn)的(de)研究当(dāng)中(zhōng)，科学家们(men)发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会出现(xiàn)速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还发(fā)现了一(yī)个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当(dāng)中存在的(de)恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离析(xī)。但(dàn)是科学家们使用最(zuì)先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进行了(le)40个小时的(de)详细测量之后，发现星系(xì)中的恒(héng)星运动是可(kě)以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质，已经被(bèi)附近的(de)另一个(gè)大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星系(xì)存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的(de)假说(shuō)之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系(xì)尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运(yùn)动(dòng)。但是上(shàng)升到星系(xì)和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作(zuò)用(yòng)则(zé)是不同的方式。对(duì)于在星系团之(zhī)间(jiān)的(de)相互作用(yòng)，科学家还引入(rù)了外(wài)部场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质(zhì)量(liàng)之间会产(千树万树梨花开的上一句是什么，千树万树梨花开的上一句是什么古诗chǎn)生对(duì)彼此(cǐ)特殊(shū)的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙千树万树梨花开的上一句是什么，千树万树梨花开的上一句是什么古诗(méng)德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需(xū)要对(duì)现(xiàn)在的物理定律进行(xíng)修(xiū)正，这(zhè)些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有(yǒu)关于暗(àn)物质(zhì)存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是(shì)蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系(xì)团所(suǒ)组成，类(lèi)似这样(yàng)的(de)星团(tuán)，它(tā)们大部分的普通(tōng)质量都在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度(dù)的(de)急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹星系团大(dà)部分的(de)质量(liàng)将位于所有这些气(qì)体所在(zài)的(de)中间区(qū)域。那么我们通过什(shén)么来验(yàn)证(zhèng)它(tā)的质量(liàng)区域(yù)到底是(shì)不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第一(yī)张全彩的高(gāo)清(qīng)照(zhào)片，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明显地(dì)看到很(hěn)多星系(xì)似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形(xíng)变。其实这些星(xīng)系本身并不(bù)是真的(de)被扭(niǔ)曲了(le)，也不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球上的观(guān)测者(zhě)之(zhī)间。被一个质(zhì)量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生(shēng)了(le)扭(niǔ)曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗(àn)物质(zhì)。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量区域并不是(shì)在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物(wù)质(zhì)则直(zhí)接通过(guò)了这个(gè)区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)的引力(lì)透镜研究也(yě)被认为是(shì)暗物质存(cún)在(zài)的迄今(jīn)为止最好的理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下(xià)了各相(xiāng)同性的(de)微波(bō)辐射。其中红色的部(bù)分表(biǎo)示(shì)温度(dù)较(jiào)高的区(qū)域，蓝(lán)色则(zé)表示(shì)相对(duì)较冷的区域，但实(shí)际上它(tā)们之间的温(wēn)差只有万(wàn)分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离后的(de)二(èr)值(zhí)图像(xiàng)进行连(lián)通域提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不应(yīng)该是这(zhè)样的，而随(suí)着(zhe)暗物质的增(zēng)加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐(fú)射的(de)测量值，我们(men)需要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字(zì)与解释星系(xì)当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例是一致的(de)。这就意(yì)味着。

用了一个(gè)简单(dān)的理论框架，就很(hěn)好地(dì)解释(shì)了(le)很多(duō)不同的观测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们(men)不(bù)参与任(rèn)何(hé)其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找到了(le)暗物质(zhì)存在的(de)实际(jì)证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到(dào)底是什么？科学(xué)家们(men)已经提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻(xún)找这(zhè)些不(bù)同的目标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同。在过(guò)去千树万树梨花开的上一句是什么，千树万树梨花开的上一句是什么古诗(qù)的(de)几十年(nián)当(dāng)中，人类(lèi)为了(le)寻找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相(xiāng)互作用(yòng)的(de)“暗(àn)物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的(de)实验(yàn)，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地(dì)方，意大利的(de)格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当中，藏着地(dì)球上最大(dà)的(de)地学(xué)实验(yàn)室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三(sān)层(céng)楼高的探(tàn)测器(qì)，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学(xué)家声称观(guān)测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的(de)数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的(de)事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年(nián)当(dāng)中每年都(dōu)是一(yī)样。一(yī)些科学(xué)家(jiā)认为这可能是人类发现暗(àn)物质的第一个直接证据。

但是(shì)为(wèi)什么暗(àn)物质(zhì)会产生周期(qī)性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移动(dòng)，那(nà)么如果(guǒ)暗物质(zhì)存(cún)在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也(yě)在以(yǐ)这(zhè)样的速度在(zài)穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生(shēng)相应(yīng)的(de)振荡(dàng)，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕(rào)太(tài)阳的方向与太阳环绕银(yín)河(hé)系的方向是(shì)一致的，而另外半年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月份(fèn)的(de)时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方(fāng)向(xiàng)正(zhèng)好达到完全一致(zhì)，这是(shì)理论(lùn)上(shàng)地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到(dào)了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在(zài)实(shí)际(jì)的情况中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系(xì)的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不影(yǐng)响这个(gè)理论的(de)有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用(yòng)来(lái)解释，研究(jiū)人员(yuán)们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也可能有其(qí)他的(de)情况(kuàng)，造成这(zhè)种年度周期信号的差(chà)异(yì)也可能是温度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大(dà)利游客的(de)数量也符合这个(gè)周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的(de)实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质流(liú)的运动特征(zhēng)和第(dì)一个实(shí)验室是一样的(de)。

因(yīn)此，如(rú)果在这(zhè)里可以(yǐ)得到相同的(de)信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在(zài)的非常有力的(de)证据(jù)了。但是由于这个实验(yàn)室(shì)刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还(hái)无法提供相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关(guān)键的(de)用途就(jiù)是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们(men)只能拭目以待了。费(fèi)米实验(yàn)室粒(lì)子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极(jí)有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或(huò)者说是生命进化的(de)一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)的暗物质会(huì)不会(huì)意味着人类(lèi)并(bìng)不(bù)孤(gū)单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质(zhì)正在通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物(wù)质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更新(xīn)的(de)动力！

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