宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科(kē)学(xué)无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗物(wù)质(zhì)存(cún)在(zài)的(de)证据(jù)，科学(xué)家们在过去(qù)的几十年当中进行了(le)超(chāo)过(guò)50次的长期实(shí)验，但是却(què)没有发(fā)现任何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了(le)万有引力定律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动(dòng)的规律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当天文学家们发(fā)现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不(bù)符合万有引力定律的时候，他(tā)们就(jiù)会(huì)知道，周围一(yī)定有未知的(de)天体通过(guò)引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王(wáng)星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的发现都是应用万有引力定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可(kě)当我们上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个(gè)由数(shù)千(qiān)个(gè)星系所组成的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些(xiē)星系(xì)被引(yǐn)力束缚(fù)在一(yī)起。测(cè)量星系团的质(zhì)量一(yī)般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是(shì)测量(liàng)各个星(xīng)系的(de)光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量(liàng)的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团(tuán)中的(de)各个星(xīng)系相对于星系团(tuán)的运动速度。当测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底(dǐ)懵(měng)了(le)，“动(dòng)力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座(zuò)星系团有99%的(de)质量(liàng)消失(shī)了，或者(zhě)说这99%的质量并(bìng)不以可见(jiàn)光(guāng)的(de)形式(shì)所存在，我们无(wú)法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发(fā)现星系(xì)团(tuán)中很多星系(xì)的速度比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星系的质(zhì)量所产生(shēng)的(de)引力是无法将它(tā)们束(shù)缚在星系团内的，它们(men)早就应该被(bèi)抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作(zuò)用(yòng)，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这样部(bù)分不可见的暗(àn)质，它不(bù)发散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质(zhì)”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒(héng)星运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距离中心越远(yuǎn)的恒星在(zài)其(qí)轨道上的运行速度(dù)就会(huì)越慢。但是他们观(guān)测的结果(guǒ)却让人感到(dào)不可思(sī)议。

随着(zhe)与中心(xīn)距(jù)离的(de)增加，恒(héng)星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的(de)万(wàn)有引力定律，在(zài)星系当中如果没有足够大的(de)质量来吸引它们，这些外围的(de)恒(héng)星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于(yú)这种现象，科(kē)学家们(men)会使用一种相(xiāng)对标准的方法来解释(shì)暗物质(zhì)的存在，这种方法(fǎ)就是(shì)测量星系当(dāng)中气(qì)体在X轴(zhóu)上距(jù)离(lí)星(xīng)系中心(xīn)的距离，以及在(zài)Y轴上气(qì)体的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出(chū)现异(yì)常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力(lì)量进入其中。

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于(yú)是(shì)科学(xué)家(jiā)们通过射电(diàn)望远镜测(cè)量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并(bìng)不符合(hé)牛顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位(wèi)于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有(yǒu)引力定(dìng)律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳系正(zhèng)在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上(shàng)这种向心加速度的(de)原因很可能就(jiù)是存在着一(yī)种我们(men)看不到的(de)物质，是(shì)这些暗物质(zhì)的引力(lì)效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占(zhàn)整(zhěng)个星系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质(zhì)并不是(shì)唯一可以解(jiě)释这个现象的原(yuán)因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎(hū)没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速(sù)度上的微小差异。另(lìng)外，天文学(xué)家(jiā)还(hái)发现了(le)一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多(duō)，但(dàn)是星系(xì)当(dāng)中(zhōng)存在的(de)恒星数量却(què)只有银河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详(xiáng)细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是(shì)可以用正常的物质和(hé)力(lì)学定律来解(jiě)释(shì)的。那么(me)又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质(zhì)，已经被附近(jìn)的另(lìng)一个大星系(xì)剥离(lí)了(le)。奇(qí)怪的是(shì)，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造(zào)成(chéng)这些(xiē)现象的(de)除(chú)了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就(jiù)是人(rén)类(lèi)对引力(lì)的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不(bù)同尺(chǐ)度空间中的工(gōng)作方(fāng)式是不同(tóng)的，这意(yì)味着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力之(zhī)间的相互作(zuò)用则是不同(tóng)的(de)方式(shì)。对于在星(xīng)系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场效应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数(shù)百万光年的规模(mó)上，巨大的(de)质(zhì)量之间会产生对(duì)彼此特殊的(de)效果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成(chéng)立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很(hěn)多(duō)人认为暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据(jù)是蒙德(dé)理论(lùn)所没法解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星(xīng)系团所组成(chéng)，类似(shì)这样的星团，它们大部分(fēn)的(de)普通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体(tǐ)的相互作(zuò)用(yòng)就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系团大(dà)部分的质量将位于所有(yǒu)这些气(qì)体所在的中间区(qū)域(yù)。那(nà)么我们(men)通(tōng)过什么(me)来验证(zhèng)它(tā)的(de)质(zhì)量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照(zhào)片中(zhōng)我(wǒ)们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体(tǐ)和我(wǒ)们(men)地球上(shàng)的观测(cè)者(zhě)之间。被一(yī)个(gè)质(zhì)量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个(gè)超大质(zhì)量(liàng)的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能(néng)是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹(dàn)星(xīng)系(xì)团(tuán)观测的时候，发(fā)现它的(de)大(dà)质量区域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是(shì)当星团发生全部的(de)碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则(zé)直(zhí)接通过了这个区域(yù)，并(bìng)在两边(biān)形成了(le)引力(lì)透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被(bèi)认为是暗(àn)物质(zhì)存在的(de)迄(qì)今(jīn)为(wèi)止最(zuì)好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还(hái)有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古(gǔ)老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿(yì)年之后(hòu)，这些(xiē)光(guāng)在(zài)宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下了各相(xiāng)同性(xìng)的微波(bō)辐射。其(qí)中(zhōng)红色的部分表(biǎo)示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际上(shàng)它(tā)们(men)之间(jiān)的温差只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家们通(tōng)过(guò)对(duì)前景(jǐng)背景分离后的二值图像进(jìn)行连通域(yù)提取和标记之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而(ér)随着(zhe)暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物质大约(yuē)是(shì)普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是(shì)一致的。这就意(yì)味(wèi)着。

用了一个简单(dān)的理论(lùn)框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观(guān)测结果。而暗物质(zhì)的(de)本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着某种类型的(de)粒子，它们不(bù)参(cān)与任何其(qí)他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以(yǐ)如果能够找到这种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存(cún)在的(de)实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已(yǐ)经提(tí)出了数十种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同(tóng)的(de)目标粒子所需要(yào)的实验方式也不(bù)相同。在(zài)过去的几十年(nián)当中(zhōng)，人(rén)类(lèi)为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不(bù)见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规(guī)物(wù)质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任(rèn)何实质性(xìng)的发(fā)现，除(chú)了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下(xià)矿井当中，藏着地球(qiú)上最大(dà)的地(dì)学(xué)实(shí)验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高(gāo)的探测器，一直(zhí)致(zhì)力(lì)于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡(dàng)across 和 cross的区别，cross和across区别和用法。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信(xìn)号。经过了(le)20多(duō)年的(de)数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年(nián)都(dōu)是一(yī)样(yàng)。一(yī)些科学(xué)家认为这可能是人(rén)类发(fā)现暗(àn)物质(zhì)的第一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物质会产生(shēng)周期(qī)性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物(wù)质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这意味(wèi)着(zhe)我(wǒ)们也在(zài)以这样的(de)速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会(huì)产(chǎn)生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕太(tài)阳进(jìn)行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的(de)方向与太阳(yáng)环绕(rào)银河系的方向是(shì)一致的，而另(lìng)外半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向正好达到完全一致(zhì)，这是(shì)理论上地球穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时(shí)段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系的(de)平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并(bìng)不(bù)影(yǐng)响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学(xué)家认(rèn)为这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研(yán)究人(rén)员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然也可(kě)能有其他(tā)的情况，造成这(zhè)种年度(dù)周期信号的差异也(yě)可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符合这个周期的(de)规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立了一个(gè)几乎相(xiāng)同的实(shí)验室(shì)，这里的季节(jié)与(yǔ)之前的实验(yàn)室(shì)正好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物质流的运动(dòng)特征和(hé)第一个实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里(lǐ)可以得到相同的信(xìn)号，就可(kě)以成为(wèi)暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以(yǐ)截(jié)至目(mù)前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野(yě)是哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了(le)。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质存在，它们极有可(kě)能拥有另(lìng)一种神(shén)秘的(de)效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命(mìng)的(de)诞生，或(huò)者(zhě)说是生命进化的一个(gè)重要因(yīn)素。

如果这一理论得到(dào)进一(yī)步的(de)证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物质会(huì)不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某(mǒu)个角落(luò)的行星(xīng)上，暗物(wù)质正在通过(guò)这样的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那(nà)么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动(dòng)力！

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