宇宙是“人(rén)为(wèi)制造”的？为何会存在科(kē)学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科(kē)学家们在过去的几(jǐ)十年(nián)当中进(jìn)行(xíng)了超过50次的长期(qī)实验(yàn)，但(dàn)是却没(méi)有发现任何的有(yǒu)效证据。除(chú)了(le)一个地(dì)方(fāng)，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运行(xíng)轨道出现(xiàn)异常，不符(fú)合(hé)万有引(yǐn)力(lì)定律的时候，他们(men)就(jiù)会(huì)知道(dào)，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知的天体通(tōng)过引(yǐn)力在(zài)摄动(dòng)它的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王(wáng)星运行(xíng)轨道的异常，推算(suàn)并且发(fā)现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都(dōu)是应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都是(shì)在(zài)恒星系(xì)统的尺度当中，可当(dāng)我们上升(shēng)到星(xīng)系或者是星团(tuán)的(de)尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星(xīng)系团的质量(liàng)。这是一个由数千个(gè)星系所组成的巨大(dà)星系(xì)团，这些星(xīng)系被引力束(shù)缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般会(huì)使用到两种方法，当(dāng)两(liǎng)种方法结果一(yī)致，就可(kě)以(yǐ)确定其质量的(de)范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测量各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第(dì)二种是动力(lì)学质量的(de)计算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测量星系团中的(de)各个星(xīng)系相对于星系团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系(xì)团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了(le)，或者(zhě)说这(zhè)99%的(de)质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测(cè)量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的速(sù)度比理论上要快得多(duō)，按照牛(niú)顿的运动学(xué)定律，仅靠这些(xiē)可(kě)见星系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的(de)，它们早就(jiù)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作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基(jī)提出(chū)了这样部分(fēn)不可见的暗(àn)质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在观(guān)测仙女座(zuò)星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动(dòng)。理论(lùn)上(shàng)来(lái)说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星(xīng)在(zài)其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但(dàn)是他(tā)们观测的结果却让人(rén)感(gǎn)到不可(kě)思议(yì)。

随着与中心(xīn)距(jù)离的(de)增加，恒星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围(wéi)的(de)恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来(lái)解(jiě)释(shì)暗物质(zhì)的(de)存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们通过(guò)射(shè)电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的(de)旋转速度并不(bù)符合牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我们的(de)太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银(yín)河系的(de)第三悬臂(bì)之上(shàng)，距离银河(hé)系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有(yǒu)引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个(gè)实际速度远远大于(yú)理论速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种ch2是什么基团，chch3ch3是什么基团向心加速(sù)度的(de)原因(yīn)很(hěn)可能就(jiù)是(shì)存(cún)在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的引(yǐn)力效应(yīng)将星系(xì)聚(jù)集在了(le)一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越(yuè)多(duō)的研究人员(yuán)开始相信暗物(wù)质的(de)存(cún)在(zài)。科学(xué)家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质(zhì)的(de)质量(liàng)占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当(dāng)中，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会出现速度上(shàng)的(de)微(wēi)小差异。另(lìng)外(wài)，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距(jù)离(lí)地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河(hé)系不多，但是星系当中存在的(de)恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银(yín)河系的千分之(zhī)一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析。但是(shì)科学(xué)家们使(shǐ)用(yòng)最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个(gè)小时的(de)详细测(cè)量之后，发现星(xīng)系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运动是可(kě)以(yǐ)用正常的物(wù)质和力(lì)学定律来解释的。那(nà)么(me)又有(yǒu)人提(tí)出(chū)，也许该星系的(de)暗(àn)物质，已经(jīng)被附(fù)近的另(lìng)一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的(de)除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引力(lì)的(de)理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作(zuò)方式是不(bù)同的(de)，这意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的(de)轨道，按照我们所理解的(de)方式运动。但(dàn)是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相(xiāng)互作用则是不同的(de)方式。对于在星系(xì)团之(zhī)间的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)，科(kē)学家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指的(de)是在数百万光年(nián)的(de)规模上，巨大(dà)的质量之间会产(chǎn)生对(duì)彼此特殊(shū)的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这意味着我们需(xū)要(yào)对(duì)现在的物理定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多(duō)人认(rèn)为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物质存(cún)在的其(qí)他的(de)理论证据，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的(de)子(zi)弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的(de)星系(xì)团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导(dǎo)致(zhì)温(wēn)度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)大部分(fēn)的质量(liàng)将位于所(suǒ)有(yǒu)这些气体所在的中间区(qū)域。那(nà)么我(wǒ)们通过什么来验证它的质量(liàng)区域到底(dǐ)是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全(quán)彩的高清(qīng)照片，在照片中我(wǒ)们(men)可以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了(le)巨(jù)大(dà)的形变。其实这些(xiē)星系本身(shēn)并不是真的(de)被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜出了什(shén)么(me)问题，而是这样极(jí)遥远的天(tiān)体和我们地球上的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨大(dà)的(de)天体遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都(dōu)发(fā)生了扭(niǔ)曲(qū)。这个(gè)现象就(jiù)是(shì)引力(lì)透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天体可(kě)能是(shì)超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发(fā)现它的大质量区域并(bìng)不是在中间(jiān)，而(ér)是(shì)在(zài)两侧。所以最好的解释方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是(shì)当星(xīng)团(tuán)发(fā)生全部的碰撞时(shí)，可被(bèi)观测(cè)到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通过了这(zhè)个区域，并在(zài)两边形成了(le)引力透镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的引力透(tòu)镜研(yán)究也(yě)被(bèi)认为是暗(àn)物(wù)质存在的迄(qì)今为止最好的(de)理论(lùn)证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性的(de)微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们之(zhī)间的(de)温(wēn)差只有万(wàn)分之一。

科学(xué)家们通过对前(qián)景(jǐng)背景分离(lí)后的二值图像进行连通域提取和标(biāo)记之后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的(de)，而随着暗物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅(fú)度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙微波背景辐(fú)射的测(cè)量值，我们需要的(de)暗物质大约是(shì)普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这(zhè)个数字与解(jiě)释星(xīng)系(xì)当中(zhōng)恒(héng)星运(yùn)动所需要(yào)的暗物(wù)质比例(lì)是(shì)一致的。这就(jiù)意味着。

用了(le)一个简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们(men)不参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十(shí)种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不(bù)同的目标粒子所(suǒ)需要(yào)的(de)实验方式(shì)也不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球(qiú)上最(zuì)大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高(gāo)的探测器，一(yī)直致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子(zi)的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集(jí)，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测(cè)率会(huì)在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降到(dào)最低(dī)，而(ér)且(qiě)在(zài)20年当中(zhōng)每年(nián)都是一样。一些科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第(dì)一个直接(jiē)证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕(rào)着银(yín)河系进行(xíng)移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在(zài)以(yǐ)这(zhè)样(yàng)的速(sù)度(dù)在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程(chéng)中会(huì)产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同(tóng)时地球(qiú)又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速度(dù)围绕太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有(yǒu)半年的(de)时间，地球围(wéi)绕太(tài)阳的方向与太(tài)阳环绕银河(hé)系的方向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而(ér)在(zài)6月份的时候，地(dì)球与太阳(yáng)的方向正好达(dá)到完全(quán)一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。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(tài)阳系相对(duì)银(yín)河系的(de)平面呈现了(le)60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这(zhè)个理论的有效(xiào)性。

因此科(kē)学家认为这可以用来解释(shì)，研(yán)究人员们(men)所观测到(dào)的周期性信号。当然也(yě)可能(néng)有其他的情况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期(qī)信号ch2是什么基团，chch3ch3是什么基团的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分(fēn)、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游(yóu)客的(de)数量(liàng)也符合这(zhè)个周期(qī)的规(guī)律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在南半球(qiú)建立了一个几乎(hū)相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前(qián)的实验室(shì)正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动(dòng)特征和第一个实(shí)验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同(tóng)的信号(hào)，就可(kě)以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力(lì)的证据了。但是由于这个(gè)实验(yàn)室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至目前还无法(fǎ)提(tí)供(gōng)相应的(de)数据支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的(de)宽(kuān)视场仪器提供的(de)视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是(shì)探索暗(àn)物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们(men)只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中(zhōng)心的(de)科学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它(tā)们(men)极(jí)有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的(de)诞生，或者说(shuō)是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进(jìn)一步的证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味(wèi)着(zhe)人(rén)类并不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的(de)效应创造生命。当然，这些推论的(de)大(dà)前提是(shì)要先找到暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新的(de)动力！

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