宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们(men)在过(guò)去的几十年当中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没(méi)有发现任何的有效证据(jù)。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了(le)宇宙中天体(tǐ)运动的规(guī)律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学(xué)家们发现某些天体运行轨道(dào)出现异(yì)常，不(bù)符合万有引力(lì)定(dìng)律的时候，他们(men)就(jiù)会知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天(tiān)王星运行轨道的(de)异常，推算并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星(xīng)的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万(wàn)有引力(lì)定律所(suǒ)取(qǔ)得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们(men)上(shàng)升到(dào)星系或(huò)者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学(xué)家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发(fā)星系团(tuán)的质量。这是一(yī)个由数千个(gè)星系所组成的(de)巨大星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一般会(huì)使用(yòng)到两种方法，当(dāng)两种方(fāng)法结果一(yī)致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其"光度学的(de)质量"，需要的(de)数据是测量(liàng)各个星系的光(guāng)度。

第(dì)二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量(liàng)的(de)计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中的各个(gè)星系相对(duì)于(yú)星系(xì)团的(de)运动速度。当测量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形(xíng)式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的(de)是，在(zài)测(cè)量(liàng)速度的过程中，兹威(wēi)基发(fā)现(xiàn)星(xīng)系团中(zhōng)很多星(xīng)系(xì)的速(sù)度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚(fù)在(zài)星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛(pāo)出星(xīng)系团之外了，除(chú)非有一(yī)种神(shén)秘的力量在起作(zuò)用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的(de)暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人们对这(zhè)样的(de)一种说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才(cái)再(zài)一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离(lí)中心越远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨道上(shàng)的运行速度就会越(yuè)慢。但是他(tā)们观测(cè)的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距离(lí)的增加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力(lì)定(dìng)律，在星系当中(zhōng)如(rú)果(guǒ)没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中(zhōng)了(le)。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科(kē)学家们(men)会使用一种相对(duì)标准的方法来解释暗物质的(de)存在(zài)，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离(lí)星(xīng)系中心(xīn)的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结(jié)果，就(jiù)认为(wèi)是由(yóu)暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通过射(shè)电望远镜测量了距离星(xīng)系中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符(fú)合(hé)牛顿(dùn)的(de)力学(xué)定律。我们的(de)太(tài)阳(yáng)系也不(bù)例外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算(suàn)，太阳(yáng)系的(de)运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳(yáng)系(xì)kono洗发水是哪个国家的品牌，kono洗发水是品牌吗正(zhèng)在以220千米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河系(xì)旋转，这个实际速(sù)度远远大于(yú)理论速度，那么(me)产生(shēng)以上(shàng)这种向心加速度(dù)的原因很可能就(jiù)是存在(zài)着一(yī)种我(wǒ)们(men)看不到的物(wù)质，是这(zhè)些暗(àn)物质(zhì)的引力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这(zhè)时(shí)开(kāi)始，越来越多的研究(jiū)人员开(kāi)始相信暗物(wù)质的(de)存在。科(kē)学家(jiā)根据星(xīng)系外(wài)恒星轨道的(de)速度，估(gū)算在(zài)星系当中暗物(wù)质(zhì)的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释这个(gè)现(xiàn)象的原因。在一项(xiàng)新的(de)研(yán)究当中，科(kē)学家们发现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应的(de)遥远恒(héng)星之(zhī)间(jiān)，也会出现速度上的微小差异(yì)。另外，天文学(xué)家还(hái)发(fā)现了一个(gè)反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系(xì)不(bù)多，但是星系(xì)当中存在的恒星(xīng)数量却只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须(xū)存在暗(àn)物(wù)质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发(fā)现星系中的恒星(xīng)运动是可以用正常(cháng)的物质和力学定律来解释(shì)的(de)。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的(de)附近没有(yǒu)任何星(xīng)系存在(zài)。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能就是(shì)人类对引力的理解还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这(zhè)意(yì)味着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理解的方(fāng)式(shì)运动(dòng)。但是上升(shēng)到星系和(hé)星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是(shì)不同的方式(shì)。对于在星系团之间的相互作用，科(kē)学家(jiā)还(hái)引入了外部场效(xiào)应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的(de)规模上，巨(jù)大的质(zhì)量之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成(chéng)立，这意(yì)味着我们需要对现在的物(wù)理定律进行修正，这些发现也让(ràng)很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他(tā)的(de)理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德(dé)理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的(de)子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部(bù)分的普通(tōng)质(zhì)量都在星系的(de)气体当中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际(jì)气体(tǐ)的相互作(zuò)用就(jiù)会导致温度的急剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低。所以在(zài)理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所(suǒ)在的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们通过什么来(lái)验(yàn)证它的质(zhì)量(liàng)区域(yù)到底是不是(shì)集中在中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全(quán)彩的(de)高(gāo)清(qīng)照片(piàn)，在照片中我们可以(yǐ)明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的(de)天体和我们地球上(shàng)的观(guān)测者之间。被一个(gè)质(zhì)量超级巨大的(de)天(tiān)体遮挡，这个(gè)超大质量(liàng)的(de)东西的引力，会(huì)使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是引(yǐn)力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可(kě)能是(shì)超大质量(liàng)的(de)黑(hēi)洞(dòng)或者是(shì)暗物(wù)质(zhì)。

所(suǒ)以当人(rén)们对子(zi)弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的(de)大质量区(qū)域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解(jiě)释方法就(jiù)是当星团发生全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被观测到(dào)的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜。对(duì)子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗(àn)kono洗发水是哪个国家的品牌，kono洗发水是品牌吗物质存(cún)在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据(jù)。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见光(guāng)终于(yú)可(kě)以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空(kōng)间背景上留下(xià)了各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分(fēn)表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相对较冷(lěng)的(de)区域，但实际上它(tā)们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对前景(jǐng)背景(jǐng)分离后的(de)二值(zhí)图(tú)像(xiàng)进行连通域提取和标(biāo)记之(zhī)后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质(zhì)的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅(fú)度(dù)会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物(wù)质大(dà)约是普通物(wù)质的5倍。这(zhè)个数字(zì)与解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质(zhì)比例是一致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的(de)本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的(de)粒子(zi)，它(tā)们不(bù)参与任(rèn)何其他(tā)的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引力(lì)来相互作(zuò)用。所以如(rú)果能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就相当于(yú)找到了暗(àn)物质存在(zài)的实际证据(jù)。这种粒子(zi)到底是什(shén)么？科学家们已经(jīng)提(tí)出了数十(shí)种的假想目标(biāo)，而要寻(xún)找(zhǎo)这些(xiē)不同的目标粒子(zi)所需要的实验方(fāng)式(shì)也不相同(tóng)。在过去(qù)的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超(chāo)过(guò)50次的实验(yàn)，却(què)没有任何实(shí)质性(xìng)的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大(dà)的地学实验室，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测(cè)器，一(yī)直(zhí)致力(lì)于寻找暗物(wù)质粒(lì)子的(de)周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的(de)科学家(jiā)声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们(men)发现了(le)一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每(měi)年(nián)都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是(shì)人类(lèi)发(fā)现暗物质的(de)第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会(huì)产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移(yí)动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着我们也在(zài)以这样的(de)速(sù)度在穿越着暗(àn)物(wù)质流(liú)，这个过(guò)程中(zhōng)会产(chǎn)生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以(yǐ)有半年(nián)的时间，地(dì)球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而(ér)在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的(de)方向(xiàng)正(zhèng)好达(dá)到(dào)完(wán)全一致(zhì)，这是(shì)理论(lùn)上地球(qiú)穿越暗物质流(liú)最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的(de)倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用(yòng)来解释(shì)，研究人员们(men)所观测到(dào)的周期(qī)性信号。当(dāng)然也可能有其他的(de)情况，造成这种年度周期(qī)信(xìn)号的(de)差(chà)异也(yě)可(kě)能是温度、湿(shī)度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至(zhì)连意(yì)大利游客的数(shù)量(liàng)也符合这个(gè)周期的(de)规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了一(yī)个(gè)几乎相(xiāng)同(tóng)的(de)实验(yàn)室(shì)，这里的季节与之(zhī)前的实验室(shì)正好(hǎo)相(xiāng)反，而(ér)在这里，地球(qiú)穿过(guò)暗(àn)物质流的运动特征(kono洗发水是哪个国家的品牌，kono洗发水是品牌吗zhēng)和第一个实(shí)验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由(yóu)于(yú)这个(gè)实(shí)验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应(yīng)的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗(luó)曼太空望(wàng)远镜其中一个(gè)关键的用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结(jié)果，我们只能(néng)拭(shì)目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心(xīn)的(de)科学家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的(de)诞生，或(huò)者(zhě)说是生(shēng)命进(jìn)化的一(yī)个重要因(yīn)素。

如果这一(yī)理论得(dé)到进一步的证(zhèng)实(shí)，那(nà)么遍布宇宙当中的暗(àn)物质(zhì)会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角落的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论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，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新(xīn)的动(dòng)力！

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