宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类(lèi)为了寻找暗物质(zhì)存在(zài)的证据，科学(xué)家们在(zài)过去的几十年(nián)当中进行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没有发现任何(hé)的有效证据。除了(le)一个(gè)地方(fāng)，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然(rán)哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力(lì)定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的(de)时候，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄(shè)动(dòng)它的(de)轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王(wáng)星运(yùn)行轨道的异(yì)常，推(tuī)算(suàn)并且发现了海王星的(de)存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是(shì)应用万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律所取得重大天文成就的例子(zi)。但是这(zhè)些发(fā)现都(dōu)是在恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们上升到星系(xì)或(huò)者(zhě)是星团的尺度，事(shì)情就开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗(fú)里茨兹(zī)威基正(zhèng)在研究和(hé)测量后发星系团的质量。这是一个由(yóu)数(shù)千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束(shù)缚在一起。测(cè)量星系(xì)团的质量一般(bān)会使(shǐ)用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就可以确定其(qí)质(zhì)量(liàng)的(de)范围。

第一种是获得(dé)其(qí)"光度学(xué)的质量"，需要的数(shù)据是测(cè)量各个星系的光(guāng)度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个(gè)星系相对(duì)于星系团(tuán)的运动速度。当(dāng)测量(liàng)结果出来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可(kě)见光(guāng)的形式所存在(zài)，我(wǒ)们(men)无法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团中(zhōng)很多(duō)星系的(de)速度比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质(zhì)量所产(chǎn)生的引(yǐn)力是无法(fǎ)将它们束缚(fù)在星系团内的(de)，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力(lì)量(liàng)来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹(zī)维基提(tí)出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它(tā)们却占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的(de)恒星运动。理论上来说，距(jù)离中(zhōng)心越(yuè)远的恒(héng)星在其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但(dàn)是(shì)他们观测的结果却(què)让人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力定律，在(zài)星系当中如果没有(yǒu)足(zú)够大的质量来(lái)吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙当(dāng)中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法(fǎ)来(lái)解释暗物质的(de)存在，这种方法就是(shì)测量星系当中气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中心的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的(de)结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入(rù)其中(zhōng)。

于是科学家(jiā)们通过(guò)射电(diàn)望(wàng)远镜测量了距离星系中(zhōng)心更(gèng)远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度(dù)并(bìng)不符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系(xì)也不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离银河(hé)系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计(jì)算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银(yín)河系(xì)旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远(yuǎn)远大于(yú)理论速度，那(nà)么产生以上这种向心加速(sù)度的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗(àn)物质的引力效应将(jiāng)星(xīng)系(xì)聚(jù)集在了一起。

也是从这时(shí)开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研(yán)究(jiū)人员开(kāi)始相(xiāng)信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗(àn)物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以(yǐ)解释这个现象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研(yán)究当中，科学(xué)家们(men)发现，几(jǐ)乎没有引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还发现了(le)一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量却只有银河系的(de)千分(fēn)之一(yī)。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最(zuì)先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其(qí)进行了40个(gè)小时的详细测量之(zhī)后，发现星系(xì)中的恒(héng)星运动是可以(yǐ)用正(zhèng)常(cháng)的物(wù)质和(hé)力学(xué)定律来解释的。那么(me)又有人提(tí)出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星系存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除了暗(àn)物(wù)质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对(duì)引力的(de)理(lǐ)解还(hái)不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺(chǐ)度(dù)空间中的(de)工(gōng)作方式是不同的，这(zhè)意味(wèi)着在行星系(xì)尺度中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按(àn)照(zhào)我们所理(lǐ)解的方(fāng)式运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度，引力之间的(de)相(xiāng)互作用则是(shì)不同(tóng)的方式。对于(yú)在星系团之间的相互(hù)作用，科学家(jiā)还引入(rù)了外部场效(xiào)应的概念，指的是在数(shù)百(bǎi)万光年的规模上，巨大(dà)的质量之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现(xiàn)也让很多(duō)人认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当中还有关于(yú)暗物质(zhì)存(cún)在的其他的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大部(bù)分的(de)普通质量都(dōu)在星系的气体当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的(de)相互作用就会导致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部(bù)分的(de)质量将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我们(men)通过什么(me)来验(yàn)证它的(de)质量(liàng)区域到(dào)底是不是集中在(zài)中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在照片中(zhōng)我们可(kě)以明显地看到(dào)很多星系似(shì)乎(hū)被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其(qí)实(shí)这些星系(xì)本身并不是真的(de)被扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什(shén)么问题，而(ér)是这(zhè)样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们地球上(shàng)的观测者之间。被(bèi)一(yī)个质量(liàng)超级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的(de)引(yǐn)力(lì)，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的大(dà)质量区域并不是在(zài)中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最(zuì)好(hǎo)的(de)解释方(fāng)法就是当(dāng)星团发生(shēng)全(quán)部的(de)碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的(de)质量(liàng)气(qì)体被(bèi)卡在了(le)中间，暗(àn)物质则直接(jiē)通(tōng)过了这个区(qū)域，并在两(liǎng)边形(xíng)成(chéng)了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透(tòu)镜研(yán)究(jiū)也(yě)被(bèi)认为(wèi)是(shì)暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的(de)迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可(kě)以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年(nián)之后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上留(liú)下了各(gè)相同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的(de)区域，蓝色(sè)则表示(shì)相对(duì)较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温差只有(yǒu)万分(fēn)之(zhī)一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的(de)二(èr)值图像进行连通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来(lái)不(bù)应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的(de)测量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释星系当(dāng)中恒(héng)星运动所需要的(de)暗物质比例(lì)是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个(gè)简单的理论框(kuāng)架(jià)，就(jiù)很好(hǎo)地解释(shì)了(le)很多不同的观测(cè)结果。而(ér)暗(àn)物(wù)质的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存(cún)在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其他(tā)的(de)电磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果能够(gòu)找到这种粒子的(de)存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们(men)已经提出(chū)了数十种(zhǒng)的(de)假想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同(tóng)。在(zài)过(guò)去的几(jǐ)十年当中，人(rén)类为了寻(xún)找这些看(kàn)不见、摸不到，几(jǐ)乎不会(huì)与(yǔ)常规(guī)物质(zhì)相互(hù)作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的地(dì)学实(shí)验室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻准确的近义词有哪些，准确 的近义词是什么？(xún)找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

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自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观(guān)测(cè)到(dào)了某(mǒu)种信号(hào)。经过了20多年的数据收(shōu)集(jí)，人们发现了一(yī)个有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认(rèn)为这可能是人(rén)类(lèi)发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物(wù)质会产(chǎn)生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么(me)如果暗物质(zhì)存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们(men)也在以这样的(de)速度在穿越(yuè)着(zhe)暗(àn)物(wù)质(zhì)流，这个过(guò)程中(zhōng)会产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太(tài)阳环绕银(yín)河系(xì)的方向是一致的(de)，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)准确的近义词有哪些，准确 的近义词是什么？与(yǔ)太(tài)阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实(shí)际的(de)情况中，太阳系(xì)相对银河系的(de)平面(miàn)呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的(de)有效性。

因此(cǐ)科学家认为(wèi)这可(kě)以用来解释，研究人员(yuán)们(men)所观测到的周期性信(xìn)号(hào)。当(dāng)然(rán)也(yě)可能有其他(tā)的情况，造成这种年度周期信号的(de)差异也可能(néng)是温(wēn)度(dù)、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符(fú)合这个周(zhōu)期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立了一(yī)个几乎相同的实(shí)验室(shì)，这里的(de)季节(jié)与之前的(de)实验(yàn)室正好相反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征(zhēng)和(hé)第(dì)一个实验(yàn)室(shì)是一(yī)样的(de)。

因此(cǐ)，如果在这里可以(yǐ)得到相同的(de)信号(hào)，就(jiù)可以成为(wèi)暗物(wù)质(zhì)所存在的(de)非常(cháng)有(yǒu)力的(de)证据了(le)。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应的数(shù)据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提(tí)供的视野(yě)是(shì)哈(hā)勃(bó)红外仪(yí)器的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的(de)结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物(wù)质(zhì)存(cún)在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的(de)证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着(zhe)人类并不(bù)孤单(dān)呢(ne)？或许在宇宙(zhòu)当中某个(gè)角落(luò)的行星上，暗物(wù)质(zhì)正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然(rán)，这些推(tuī)论的(de)大前提是要先找到暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗物质(zhì)到(dào)底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持(chí)是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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