宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何(hé)会存(cún)在科(kē)学无(wú)法解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在的证(zhèng)据(jù)，科学(xué)家们在过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次的(de)长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何(hé)的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天(tiān)文(w宝马大降价的原因，最近宝马为什么大降价én)学家(jiā)们(men)发(fā)现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常(cháng)，不(bù)符(fú)合万有引力定律的(de)时(shí)候，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的天体通过引力在摄动它的(de)轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道(dào)的异(yì)常，推算并且发(fā)现(xiàn)了(le)海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的(de)发现都是应用万有引力(lì)定律所取得重大天文(wén)成就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发现(xiàn)都(dōu)是在(zài)恒星系(xì)统(tǒng)的(de)尺度当中，可当(dāng)我们上升(shēng)到星系或(huò)者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究和测量后(hòu)发(fā)星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系(xì)团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系团的质(zhì)量一般会使用(yòng)到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确(què)定其质量的(de)范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测(cè)量各(gè)个星系的(de)光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移测(cè)量星系(xì)团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的运(yùn)动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的(de)质量(liàng)消(xiāo)失(shī)了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不(bù)以(yǐ)可见光(guāng)的形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的(de)过(guò)程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星(xīng)系的(de)速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所(suǒ)产生的(de)引力是无(wú)法将它们束缚(fù)在(zài)星系团内的，它(tā)们早就应该被抛出星(xīng)系(xì)团(tuán)之外(wài)了，除非(fēi)有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了(le)这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时(shí)的(de)人(rén)们(men)对这(zhè)样的一(yī)种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个(gè)词才再一次出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特福特在(zài)观测仙女座星系(xì)中的恒(héng)星运(yùn)动。理论(lùn)上来说，距(jù)离中(zhōng)心越远的(de)恒星在其轨(guǐ)道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他(tā)们观测的结果却让(ràng)人感到(dào)不可(kě)思议。

随(suí)着与中心距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们(men)，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了(le)。基于这(zhè)种(zhǒng)现象(xiàng)，科(kē)学家们(men)会使用一种相对标准的(de)方法来解(jiě)释暗物质(zhì)的存在(zài)，这(zhè)种方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是测量(liàng)星系(xì)当中气体在X轴上(shàng)距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如(rú)果出现(xiàn)异常的结(jié)果，就认为(wèi)是由暗物(wù)质的力量(liàng)进入其中。

于(yú)是科学家(jiā)们通过(guò)射电望远镜测(cè)量了(le)距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它(tā)们的旋(xuán)转速度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂(bì)之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据万(wàn)有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速度，那么(me)产生(shēng)以上这(zhè)种向(xiàng)心加速度的原因很(hěn)可能就是存在着一(yī)种(zhǒng)我们看不(bù)到的物质，是(shì)这(zhè)些暗物(wù)质的(de)引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从(cóng)这时(shí)开始，越(yuè)来越多的研究人(rén)员开始相信(xìn)暗(àn)物质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在(zài)星(xīng)系当中暗物质的质(zhì)量占(zhàn)整个(gè)星系质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可(kě)以解释这个现(xiàn)象(xiàng)的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也宝马大降价的原因，最近宝马为什么大降价会出现(xiàn)速度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学(xué)家还(hái)发(fā)现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系(xì)当中存在的(de)恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的(de)千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论上，该(gāi)星系必须存在(zài)暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对(duì)其进(jìn)行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可(kě)以用(yòng)正常的物质和力学(xué)定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系(xì)剥离(lí)了。奇怪(guài)的是(shì)，它的附(fù)近没有任何星系存在。造(zào)成这(zhè)些现象的(de)除了暗物(wù)质的假说之外，另一种可能就是人(rén)类对引力(lì)的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的(de)工作方(fāng)式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度(dù)中的天体会(huì)沿(yán)着(zhe)它(tā)们(men)的轨道，按(àn)照我(wǒ)们(men)所理解的(de)方式运动(dòng)。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度(dù)，引力之间的(de)相互作用则是不同(tóng)的方式。对于(yú)在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家(jiā)还引入了外部场(chǎng)效应的概(gài)念，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊(shū)的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们需要(yào)对现在的物理定律进行修(xiū)正，这(zhè)些发(fā)现也让很多人认(rèn)为(wèi)暗物(wù)质假说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普(pǔ)通质量都(dōu)在星系的气(qì)体当(dāng)中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致(zhì)温(wēn)度的急(jí)剧(jù)升高，速度(dù)大(dà)幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位(wèi)于所有这些气(qì)体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过(guò)什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一(yī)张全彩的(de)高(gāo)清照片(piàn)，在(zài)照片(piàn)中(zhōng)我们可以明显地看(kàn)到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其(qí)实(shí)这些(xiē)星系本(běn)身并不(bù)是真的被扭曲(qū)了(le)，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜出了什么问(wèn)题(tí)，而是(shì)这(zhè)样极遥远的(de)天体和我们(men)地球上的观测(cè)者之间。被一个(gè)质量超级(jí)巨(jù)大的(de)天体遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥远星系的(de)光(guāng)都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的(de)天体可能是(shì)超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系(xì)团观测的时(shí)候，发现它的大质(zhì)量区域(yù)并不是(shì)在(zài)中(zhōng)间，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最好的(de)解(jiě)释(shì)方法就是当星(xīng)团发生全部(bù)的碰撞时(shí)，可被(bèi)观测到的(de)质量气体被(bèi)卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直(zhí)接通过了这(zhè)个(gè)区域，并(bìng)在两边形(xíng)成(chéng)了引力透(tòu)镜。对(duì)子(zi)弹星系团的引力(lì)透镜研究也被(bèi)认为(wèi)是暗(àn)物质存(cún)在的迄(qì)今(jīn)为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了(le)各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示(shì)温度较(jiào)高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域(yù)，但(dàn)实(shí)际上它们之(zhī)间的温(wēn)差(chà)只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分(fēn)离(lí)后的二值(zhí)图像进行连通(tōng)域提取(qǔ)和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景(jǐng)辐(fú)射的(de)测量值，我们需要的(de)暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星运动(dòng)所需要(yào)的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一(yī)个(gè)简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物(wù)质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的(de)电磁作用，只通过(guò)引力来相(xiāng)互作用。所以如(rú)果能够找(zhǎo)到这种粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子(zi)到底是什(shén)么？科学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻(xún)找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验(yàn)方(fāng)式也不相同。在过去宝马大降价的原因，最近宝马为什么大降价的(de)几十(shí)年(nián)当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实验，却(què)没有任何实(shí)质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意(yì)大(dà)利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏(cáng)着地球上(shàng)最大(dà)的地(dì)学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的(de)探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)粒子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的科(kē)学家声称(chēng)观测到了某种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年的(de)数据收集，人们发现(xiàn)了(le)一个有趣的(de)事情。探测(cè)率(lǜ)会在(zài)每(měi)年的6月份达(dá)到(dào)峰值，然(rán)后在11月降到最低(dī)，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认为这(zhè)可能是(shì)人类(lèi)发现暗物质(zhì)的第一个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗物(wù)质(zhì)会产生周期性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的(de)速(sù)度围绕着银(yín)河系进行(xíng)移动，那么如果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着(zhe)我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物(wù)质流(liú)，这(zhè)个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳(yáng)进(jìn)行(xíng)旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太(tài)阳的(de)方(fāng)向与太阳环绕(rào)银河系的(de)方向是一致的，而(ér)另外(wài)半年(nián)则与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的(de)时候，地球与(yǔ)太阳的方向正(zhèng)好达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中，太阳系相对银(yín)河系(xì)的平面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论的(de)有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这可以用(yòng)来解(jiě)释(shì)，研究(jiū)人员们(men)所观测(cè)到(dào)的周期性信(xìn)号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年(nián)度周期信号(hào)的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意(yì)大(dà)利游客的(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(zài)南半球(qiú)建立了一(yī)个几乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之前的实(shí)验室(shì)正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流(liú)的运动特(tè)征和第一个实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在(zài)这里可(kě)以得到相同的(de)信号，就可以成为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是(shì)由于这(zhè)个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截(jié)至目(mù)前还无法(fǎ)提供(gōng)相应(yīng)的(de)数(shù)据支持。另外(wài)，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的(de)望(wàng)远镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供(gōng)的视野是哈勃红(hóng)外(wài)仪器的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的用(yòng)途就(jiù)是(shì)探索(suǒ)暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室(shì)粒子天(tiān)体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究(jiū)发现，如(rú)果暗(àn)物(wù)质存(cún)在，它们极有可(kě)能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化(huà)的一个重要(yào)因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某个角落的(de)行星(xīng)上，暗(àn)物质(zhì)正在通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要(yào)先找到暗物(wù)质存(cún)在的(de)实际证据。那么(me)小伙伴们(men)，你们觉得暗物(wù)质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的(de)支持是我更新的动力！

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