宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据(jù)，科学(xué)家们在过(guò)去的几十年当(dāng)中进行(xíng)了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据(jù)。除了一个地(dì)方(fāng)，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学(xué)数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表了(le)万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动的(de)规(guī)律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当天文(wén)学家们发现某些天体运行轨道出(chū)现(xiàn)异(yì)常，不(bù)符合万(wàn)有引力定律的时候，他们(men)就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知的天(tiān)体(tǐ)通过引(yǐn)力在(zài)摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星(xīng)运(yùn)行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发(fā)现都是应(yīng)用万有引力定律所取(qǔ)得(dé)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(dāng)我(wǒ)们上升(shēng)到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在(zài)研究(jiū)和测(cè)量后(hòu)发星系(xì)团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星(xīng)系被(bèi)引力束(shù)缚在(zài)一起。测量星系团(tuán)的(de)质量一般会使用到(dào)两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种方(fāng)法结(jié)果一致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需(xū)要的数据是测(cè)量各(gè)个星系的光度。

第二种是动(dòng)力(lì)学质量的(de)计算，是(shì)利用(yòng)光谱(pǔ)红移测量星系(xì)团(tuán)中的各个星系相(xiāng)对于星系(xì)团的运动速度。当测量结果(guǒ)出(chū)来(lái)之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有99%的(de)质量消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量(liàng)并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们(men)无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的(de)过(guò)程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多(duō)星系的速(sù)度比理论上要(yào)快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见(jiàn)星(xīng)系(xì)的质量所产生的引(yǐn)力是(shì)无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们(men)早(zǎo)就应(yīng)该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在(zài)起作用(yòng)，这种力量(liàng)来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的(de)暗质(zhì)，它(tā)不发(fā)散光、吸(xī)光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们对这样的一(yī)种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才再一次出(chū)现。天文(wén)学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在观测仙女(nǚ)座星系中的(de)恒(héng)星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心(xīn)越(yuè)远的(de)恒(héng)星在(zài)其轨道(dào)上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他(tā)们观测的结(jié)果(guǒ)却(què)让(ràng)人感到不可思议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足够大(dà)的质量(liàng)来吸引它们(men)，这些外(wài)围的恒(héng)星早就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会(huì)使(shǐ)用一种相对(duì)标准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法(fǎ)就是(shì)测量(liàng)星系(xì)当中气体在X轴上距离星系(xì)中心(xīn)的距(jù)离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科(kē)学(大π键电子数的计算方法，大π键电子数怎么看xué)家们通(tōng)过射电望远镜测量了(le)距(jù)离(lí)星系中心更(gèng)远距离(lí)的(de)氢元素，发现它们的(de)旋转速(sù)度并不符合(hé)牛顿的力(lì)学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳系(xì)也不例外(wài)，太阳系位于银(yín)河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据万(wàn)有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运(yùn)行速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围(wéi)绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很(hěn)可(kě)能就(jiù)是存在着一(yī)种我(wǒ)们(men)看不到的物质，是这些暗(àn)物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科(kē)学家根据星系(xì)外(wài)恒星轨道(dào)的速度，估(gū)算在星(xīng)系当中(zhōng)暗物质(zhì)的质(zhì)量占整个(gè)星系(xì)质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一可以解释(shì)这个现象(xiàng)的(de)原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研(yán)究当(dāng)中，科学家们发(fā)现，几乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一(yī)个反(fǎn)常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系(xì)当中存在的(de)恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科(kē)学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细(xì)测量之后，发(fā)现(xiàn)星系中的恒星运(yùn)动是(shì)可以用(yòng)正(zhèng)常的物质和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出(chū)，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附(fù)近没有任何星系存在。造成这些现象的(de)除了暗(àn)物质(zhì)的假说之外，另一(yī)种可能就是(shì)人类对引力的(de)理解还不(bù)够(gòu)全(quán)面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空(kōng)间中的(de)工作方式是不同的，这意(yì)味(wèi)着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是(shì)上升到星系和(hé)星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则(zé)是(shì)不同的方式。对(duì)于在星系(xì)团之间(jiān)的相(xiāng)互(hù)作用，科学家还(hái)引入了外部(bù)场效(xiào)应的概念，指的(de)是在数百万光年的规模(mó)上，巨大(dà)的质量之间会产(chǎn)生对彼此特(tè)殊的(de)效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在(zài)的物理定(dìng)律进行修(xiū)正，这些(xiē)发(fā)现也让很(hěn)多人认(rèn)为暗(àn)物质假说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些(xiē)理(lǐ)论(lùn)证据是(shì)蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的(de)时(shí)候，星际气体的(de)相互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升(shēng)高，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所以在(zài)理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分(fēn)的质(zhì)量(liàng)将位于所有这些(xiē)气体所在的中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们通过(guò)什么来验证它(tā)的质量区域到(dào)底(dǐ)是(shì)不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全(quán)彩(cǎi)的(de)高清照片，在(zài)照片中我们可以明显地看到(dào)很多(duō)星系似(shì)乎被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯(bó)望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个(gè)质(zhì)量超(chāo)级(jí)巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量(liàng)的(de)东(dōng)西的(de)引力，会使身后(hòu)更遥远星系的(de)光(guāng)都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象就(jiù)是引力(lì)透镜效应。这个巨大的(de)天(tiān)体可能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当(dāng)星(xīng)团发生全(quán)部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过了这个区域，并在(zài)两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研(yán)究(jiū)也被认为是暗物质存在(zài)的(de)迄今(jīn)为(wèi)止最好的(de)理(lǐ)论(lùn)证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了(le)130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了(le)各相同性的微波(bō)辐射。其中(zhōng)红色的(de)部分(fēn)表示(shì)温度较(jiào)高(gāo)的(de)区(qū)域，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较冷(lěng)的区域(yù)，但实际上它们之间的(de)温差只有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家们通(tōng)过对前景背景分离后的二值(zhí)图像进行连通(tōng)域提(tí)取和标记之后发(fā)现，如(rú)果(guǒ)宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物(wù)质，图形(xíng)看起来不应该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星运(yùn)动所需要的(de)暗物质(zhì)比例(lì)是(shì)一(yī)致的。这就意味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就很(hěn)好地解释了很多不(bù)同的(de)观测结果。而暗物(wù)质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与任何其他(tā)的电磁(cí)作用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子(zi)的存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗(àn)物质存在(zài)的(de)实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已经提(tí)出(chū)了数十(shí)种的(de)假想目标，而要(yào)寻找这(zhè)些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实(shí)验方(fāng)式也不(bù)相同。在过去(qù)的(de)几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科(kē)学家们已经(jīng)进行了(le)超(chāo)过(guò)50次的实验(yàn)，却没(méi)有任(rèn)何(hé)实(shí)质性的(de)发(fā)现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了(le)某种信(xìn)号。经(jīng)过了(le)20多年的(de)数据(jù)收集，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中(zhōng)每年都是(shì)一样。一些科学家(jiā)认为这可能是(shì)人类发现暗物质(zhì)的(de)第一个直接(jiē)证据。

但是为(wèi)什么(me)暗物质(zhì)会产生(shēng)周期性的年度信号(hào)呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银河(hé)系(xì)进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着(zhe)我们也在以这(zhè)样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的(de)时间，地球围绕(rào)太阳的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕银河系的方向是一(yī)致的，而(ér)另外(wài)半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的(de)方向正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗(àn)物质(zhì)流最快的时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳(yáng)系相对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这(zhè)个理论的有效性。

因此(cǐ)科(kē)学(xué)家认为这可以用来解(jiě)释，研(yán)究人员们所观测到的周期性(xìng)信(xìn)号。当然也可能有其他(tā)的(de)情况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游客的数量也符(fú)合这个周(zhōu)期(qī)的(de)规律。

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所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一(yī)个几(jǐ)乎相同的实(shí)验(yàn)室(shì)，这里的季(jì)节(jié)与之(zhī)前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过(guò)暗物(wù)质(zhì)流(liú)的运(yùn)动特征和第一(yī)个实验室是(shì)一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这(zhè)里可以得到相(xiāng)同的信号，就可(kě)以成(chéng)为暗物质所存在(zài)的非(fēi)常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但是(shì)由(yóu)于这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所(suǒ)以截至目(mù)前还无法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的视野(yě)是哈(hā)勃红外(wài)仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望远镜其(qí)中一个关键(jiàn)的(de)用途就(jiù)是探索暗(àn)物质背后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验(yàn)室粒子天体(tǐ)物理中心的科(kē)学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它(tā)们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应(yīng)，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生命的(de)诞生，或(huò)者说是生(shēng)命(mìng)进化(huà)的一个(gè)重要因素(sù)。

如果(guǒ)这一理论得到(dào)进(jìn)一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不会意味着人(rén)类并不(bù)孤单(dān)呢(ne)？或(huò)许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得(dé)暗物(wù)质到底存(cún)不(bù)存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持是(shì)我更(gèng)新的动力！

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