宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什(shén)么？人类(lèi)为了寻找暗(àn)物(wù)质存在(zài)的证据，科(kē)学家(jiā)们在(zài)过去的几十年当中进(jìn)行(xíng)了超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但是却(què)没有(yǒu)发现任何(hé)的有(yǒu)效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示(shì)了(le)宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的几百年来，当天文学家们(men)发现某些天体运行(xíng)轨(guǐ)道出现异(yì)常(cháng)，不符合万有(yǒu)引力定律的(de)时候，他(tā)们就会知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知的天体(tǐ)通(tōng)过引(yǐn)力在(zài)摄动(dòng)它的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运(yùn)行轨道(dào)的异常，推算并且(qiě)发(fā)现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得重大天文(wén)成就的(de)例子(zi)。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可(kě)当我们上升到星系或者(zhě)是(shì)星团的(de)尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹威基正在(zài)研究和(hé)测量后(hòu)发星系团的质量。这是一(yī)个(gè)由数千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团(tuán)的(de)质量(liàng)一般会使用(yòng)到两种方法，当(dāng)两(liǎng)种方法结果一致，就(jiù)可以确定(dìng)其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种是(shì)获得(dé)其"光(guāng)度学的(de)质量"，需要(yào)的数据是测量各(gè)个(gè)星(xīng)系的光度。

第二种是动力(lì)学质(zhì)量的(de)计算，是利用光谱红移测量星系团中的(de)各个星系相对于星系团(tuán)的(de)运动(dòng)速度。当(dāng)测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵(měng)了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光(guāng)的形(xíng)式所存(cún)在，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的(de)过程中，兹(zī)威基发现星系团中(zhōng)很(hěn)多星(xīng)系的速度(dù)比理论(lùn)上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的引(yǐn)力(lì)是无法将(jiāng)它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了(le)，除(chú)非有(yǒu)一(yī)种神(shén)秘的(de)力量(liàng)在起作用，这种力量来源(yuán)于(yú)某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样(yàng)部分不(bù)可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的(de)人们(men)对(duì)这样的一种(zhǒng)说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的(de)恒星运动。理论上来说，距离(lí)中(zhōng)心越(yuè)远(yuǎn)的恒星(xīng)在(zài)其(qí)轨道(dào)上的运行速度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他们观测(cè)的结果却让(ràng)人感到(dào)不可思议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离(lí)的增加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如(rú)果(guǒ)没有(yǒu)足够(gòu)大(dà)的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学家们会(huì)使用(yòng)一种相对(duì)标准的(de)方法来解释暗物质(zhì)的存(cún)在，这种方法就是测(cè)量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的(de)旋转速(sù)度(dù)。如果出现异常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物质的(de)力(lì)量(liàng)进入其中。

于是科(kē)学(xué)家们通过射电(diàn)望远镜测量了距(jù)离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们(men)的(de)旋(xuán)转速度并不(bù)符(fú)合(hé)牛顿(dùn)的力学定律。我(wǒ)们(men)的太阳系也不例(lì)外，太(tài)阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的(de)运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于理论(lùn)速度(dù)，那么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心(xīn)加(jiā)速度的(de)原因很可(kě)能就是(shì)存在着一种我们看不(bù)到的(de)物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时(shí)开始，越来(lái)越多的(de)研究人(rén)员(yuán)开始相信暗物(wù)质的存(cún)在。科学家(jiā)根据(jù)星系外(wài)恒(héng)星轨道的(de)速度(dù)，估算(suàn)在(zài)星系当中暗物质的质量占整个(gè)星系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质(zhì)并不是唯一(yī)可以解释这个(gè)现象的(de)原因。在(zài)一项新的(de)研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没(méi)有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上的(de)微小差异。另外，天文(wén)学家还发(fā)现了一(yī)个反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却(què)只(zhǐ)有(yǒu)银河系(xì)的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，该星(xīng)系必须(xū)存在(zài)暗物质(zhì)，否则(zé)就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是(shì)科学家们(men)使用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了(le)40个小(xiǎo)时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物(wù)质和力学定律来(lái)解释的。那(nà)么又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何(hé)星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗(àn)物(wù)质的假说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就(jiù)是人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在不(bù)同(tóng)尺度(dù)空(kōng)间中的工作(zuò)方式是不同的(de)，这意味着在行星(xīng)系(xì)尺度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它(tā)们公交车被C这才几天没做水，s货你是不是欠c了公交车站的轨(guǐ)道，按(àn)照我们(men)所理解的方(fāng)式运(yùn)动。但是上升到星系和星团的(de)尺度(dù)，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的方式(shì)。对于(yú)在星系(xì)团(tuán)之间的相互作(zuò)用，科学家还引入(rù)了外(wài)部(bù)场效应(yīng)的概念，指的是(shì)在数百万(wàn)光(guāng)年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质假说(shuō)理论就(jiù)此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理论(lùn)证据(jù)是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年的子弹星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似(shì)这(zhè)样的星团，它们大部(bù)分的普通质量都(dōu)在星系的(de)气(qì)体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就(jiù)会导致(zhì)温度的急(jí)剧升高，速度大(dà)幅(fú)降低。所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气(qì)体所在(zài)的(de)中间(jiān)区域。那么(me)我们通过(guò)什么来(lái)验证(zhèng)它的质量区域到底是(shì)不是集(jí)中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清(qīng)照(zhào)片(piàn)，在照片中我们(men)可(kě)以明(míng)显(xiǎn)地看到(dào)很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是(shì)这样极(jí)遥(yáo)远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地球上(shàng)的(de)观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的(de)引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是(shì)引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观(guān)测的时候，发现(xiàn)它(tā)的大质(zhì)量区域并不(bù)是(shì)在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就是当(dāng)星(xīng)团发生全部(bù)的(de)碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通(tōng)过了这(zhè)个区(qū)域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在(zài)的迄今为止最好的(de)理论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可(kě)见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了(le)。经(jīng)过了(le)130多亿年之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间背景上(shàng)留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们(men)之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们通过对前(qián)景背景分离后的(de)二(èr)值(zhí)图像(xiàng)进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的(de)增加(jiā)，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐射(shè)的(de)测量值，我们需(xū)要的暗(àn)物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星(xīng)系当中恒(héng)星运动所需要的暗物(wù)质比例是一(yī)致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好地(dì)解释(shì)了很多不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不参与(yǔ)任(rèn)何其(qí)他的电磁作用，只通过引(yǐn)力(lì)来相(xiāng)互作用(yòng)。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找到(dào)这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到(dào)了(le)暗物质存在的(de)实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提(tí)出(chū)了数十(shí)种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这些(xiē)不同的(de)目标粒子所需(xū)要的(de)实验方式也不相(xiāng)同。在(zài)过去的几(jǐ)十(shí)年当中(zhōng)，人类为了寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不会与(yǔ)常规(guī)物质相互作用的“暗物(wù)质”，科(kē)学(xué)家们已经(jīng)进行(xíng)了超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没有任(rèn)何实(shí)质性(xìng)的(de)发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最(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，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科(kē)学家声(shēng)称观(guān)测到了(le)某种(zhǒng)信号(hào)。经过了(le)20多年的数据收集，人们(men)发现了(le)一(yī)个有趣的事情。探(tàn)测率(lǜ)会在(zài)每年的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然(rán)后在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而(ér)且在(zài)20年当中(zhōng)每(měi)年都(dōu)是一样。一些科学家认为这可能是(shì)人类(lèi)发现暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质会产生(shēng)周期性的(de)年度信号呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太(tài)阳(yáng)系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么(me)如果暗物质(zhì)存在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着(zhe)我(wǒ)们也在以这样的速度(dù)在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太(tài)阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年(nián)的(de)时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银(yín)河系的方(fāng)向是一致(zhì)的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的(de)时候(hòu)，地(dì)球与太阳(yáng)的方向正好达(dá)到完(wán)全一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到(dào)了(le)最(zuì)慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相对银河系的平(píng)面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效性(xìng)。

因(yīn)此科(kē)学家认为这可(kě)以用来解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测(cè)到(dào)的(de)周(zhōu)期性信号(hào)。当然也可能有其他的(de)情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差异也可(kě)能是(shì)温度(dù)、湿(shī)度(dù)、土壤中的(de)水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家(jiā)们又在南半球建立(lì)了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的(de)季(jì)节与之前的实验室正好相反，而在这(zhè)里(lǐ)，地球(qiú)穿(chuān)过暗物(wù)质(zhì)流的(de)运(yùn)动特征和第一个实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可以(yǐ)得(dé)到(dào)相同(tóng)的信(xìn)号(hào)，就可(kě)以成(chéng)为暗物质(zhì)所存在的(de)非常有力的证(zhèng)据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法提供(gōng)相应的数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键的用途(tú)就是探索暗物(wù)质背(bèi)后的奥(ào)秘，对(duì)于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以待了(le)。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特(tè)芬研究发现，如(rú)果暗物(wù)质存在，它(tā)们(men)极有可能拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会(huì)意味(wèi)着人类并不(bù)孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的(de)行(xíng)星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这样的(de)效应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前提(tí)是要先找到暗(àn)物(wù)质存在的实(shí)际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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