宇宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人(rén)类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过(guò)去(qù)的(de)几十年当中(zhōng)进行(xíng)了超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现(xiàn)任何(hé)的有效证据(jù)。除了(le)一个(gè)地(dì)方，在1687年出版的(de)自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动的规律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年(nián)来(lái)，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符合万有(yǒu)引力(lì)定律的时候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知(zhī)的天体(tǐ)通过引(yǐn)力(lì)在摄(shè)动它的轨道(dào)。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都是(shì)应用万(wàn)有引力定(dìng)律所取(qǔ)得重(zhòng)大天(tiān)文(wén)成(chéng)就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒(héng)星(xīng)系统的尺度当(dāng)中，可当我(wǒ)们上升到(dào)星系或者是(shì)星团的尺度，事(shì)情(qíng)就(jiù)开始变(biàn)得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星(xīng)系团的质(zhì)量。这(zhè)是(shì)一个由数(shù)千个(gè)星(xīng)系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星(xīng)系(xì)被引(yǐn)力(lì)束缚在(zài)一起。测量星(xīng)系团的质量一般会使用到(dào)两种方法，当(dāng)两(liǎng)种(zhǒng)方法结(jié)果一致，就可以确定其(qí)质量(liàng)的范围。

第一种是(shì)获得(dé)其"光度学(xué)的质量"，需要(yào)的(de)数据是测量(liàng)各个(gè)星(xīng)系的光(guāng)度。

第二种是动(dòng)力学质量(liàng)的计(jì)算(suàn)，是利用光(guāng)谱红移测量星(xīng)系团中的各个星系(xì)相对于星系(xì)团的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座(zuò)星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的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，在测量(liàng)速(sù)度的过程中，兹(zī)威(wēi)基发现星系团(tuán)中很多星系的速度比(bǐ)理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生的引力(lì)是无法(fǎ)将它(tā)们(men)束缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的(de)力量(liàng)在(zài)起作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可(kě)见(jiàn)的(de)暗(àn)质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的(de)一(yī)种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再(zài)一次出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特福(fú)特在观测(cè)仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心(xīn)越远的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上的运行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是(shì)他们观测的结果却让人感(gǎn)到不(bù)可思议。

随(suí)着与(yǔ)中心距(jù)离的增加，恒(héng)星(xīng)的(de)旋转速(sù)度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星(xīng)系(xì)当中如果没(méi)有足够大(dà)的质(zhì)量来吸引它(tā)们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们(men)会使用一种相(xiāng)对标准的方法(fǎ)来(lái)解释(shì)暗(àn)物质(zhì)的(de)存在，这种方法就(jiù)是(shì)测量(liàng)星(xīng)系当中气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系中心(xīn)的(de)距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现(xiàn)异常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力(lì)量进(jìn)入(rù)其中。

于是科学(xué)家们(men)通(tōng)过射电(diàn)望远镜测量(liàng)了距离星系中心(xīn)更远距(jù)离(lí)的(de)氢元素，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合牛顿(dùn)的(de)力学定(dìng)律。我(wǒ)们的太阳系(xì)也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这个实(shí)际(jì)速度远(yuǎn)远大于理论速度，那(nà)么产生(shēng)以(yǐ)上(shàng)这种向心(xīn)加速度(dù)的原因很可能就是(shì)存在着一种我们看不到的(de)物质，是这些暗物质(zhì)的引力(lì)效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越(yuè)来(lái)越多的研究(jiū)人(rén)员开始相信暗物质的(de)存在。科学家根据星系(xì)外恒星(xīng)轨道的(de)速(sù)度，估(gū)算(suàn)在(zài)星系当中暗物质的质量(liàng)占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一(yī)可以解释(shì)这个(gè)现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学家们(men)发(fā)现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应的遥(yáo)远恒(héng)星(xīng)之间，也(yě)会出现速(sù)度(dù)上的微小差异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小和银河系(xì)不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星(xīng)数量却只有银河系(xì)的千分之一(yī)。

所以在理论上，该(gāi)星系必(bì)须存在暗物质，否(fǒu)则(zé)就(jiù)会分崩离析。但是科学家们(men)使(shǐ)用(yòng)最先进(jìn)的望远镜对(duì)其(qí)进行(xíng)了40个小时的(de)详细测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动是可(kě)以用正常的物质和力学定律来解(jiě)释的(de)。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另(lìng)一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成这些现象的除(chú)了暗(àn)物质的(de)假说之(zhī)外(wài)，另一种可能就是人类(lèi)对(duì)引力的(de)理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引力(lì)很可能(néng)在不同尺度空(kōng)间中的工作方式(shì)是不同的，这意(yì)味着在(zài)行星(xīng)系尺度(dù)中的天(tiān)体(tǐ)会沿(yán)着(zhe)它们的(de)轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的(de)方(fāng)式运动。但是上升到(dào)星(xīng)系和星团的尺度，引力(lì)之间的相互(hù)作用则(zé)是(shì)不同(tóng)的方式。对于在星系(xì)团(tuán)之间的相互(hù)作用(yòng)，科学家还引入(rù)了外部场效应的概(gài)念，指的是在(zài)数百万光年的规(guī)模上，巨大(dà)的质量之间会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理(lǐ)论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理定律进(jìn)行修(xiū)正(zhèng)，这些发(fā)现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还(hái)有关(guān)于(yú)暗物质存(cún)在的其他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿(yì)光年的(de)子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的(de)时候，星际(jì)气体的相互作(zuò)用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分(fēn)的质量(liàng)将位于所有这些气(qì)体所在的(de)中间区域。那么我们通过什(shén)么(me)来验证(zhèng)它的质(zhì)量区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实这些星(xīng)系本身并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不是韦伯望(wàng)远镜出了(le)什么问(wèn)题，而是(shì)这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西(xī)的(de)引力(lì)，会(huì)使身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力透(tòu)镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的(de)黑(hēi)洞或(huò)者是(shì)暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候(hòu)，发现它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到的质量气体被卡在(zài)了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的(de)引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质(zhì)存在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当(dāng)中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色(sè)的部(bù)分表示温度较高的(de)区域，蓝色(sè)则表示(shì)相对较冷的区(qū)域，但实际上它们(men)之间的温(wēn)差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景(jǐng)分离后(hòu)的二值图像(xiàng)进行连通域(yù)提取和标记(jì)之(zhī)后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有暗物(wù)质，图(tú)形看起来(lái)不应(yīng)该是这样(yàng)的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波背景辐(fú)射的测量(liàng)值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数(shù)字与解释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好(hǎo)地解释(shì)了很多不同的(de)观测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到了暗物(wù)质存在(zài)的实(shí)际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是(shì)什么(me)？科(kē)学家们(men)已(yǐ)经提出了数十种的(de)假想目标(biāo)，而要(yào)寻找这(zhè)些不同的(de)目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的(de)几十年当中(zhōng)，人(rén)类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次(cì)的实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了(le)一(yī)个地方，意大利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地(dì)学实(shí)验(yàn)室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层(céng)楼(lóu)高的(de)探测器，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了(le)一(yī)个有趣(qù)的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年(nián)当中每(měi)年(nián)都是一样。一些(xiē)科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质(zhì)的(de)第一(yī)个直(zhí)接(jiē)证据。

但(dàn)是为什(shén)么暗(àn)物质会产生(shēng)周期性(xìng)的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系(xì)正在以劳心者治人劳力者治于人这句话的意思是什么，劳心者治人 劳力者治于人是什么意思220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗物(wù)质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流(liú)，这个过程(chéng)中会(huì)产生相应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间(jiān)，地(dì)球围(wéi)绕(rào)太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一致的，而另(lìng)外半年则与(yǔ)之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地球(qiú)与太(tài)阳的(de)方(fāng)向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上(shàng)地球(qiú)穿(chuān)越(yuè)暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不(bù)影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学(xué)家(jiā)认为(wèi)这可以用来解释(shì)，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号(hào)。当然(rán)也可能有其他的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年(nián)度(dù)周(zhōu)期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也符合这个(gè)周期的规(guī)律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建(jiàn)立了一(yī)个几(jǐ)乎(hū)相同的(de)实验(yàn)室，这里的(de)季节与(yǔ)之前的实(shí)验室正(zhèng)好相反，而在这(zhè)里，地球穿过(guò)暗(àn)物质流的运动特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的(de)信号，就可(kě)以成为(wèi)暗物质所存在(zài)的非(fēi)常有力(lì)的证据了。但(dàn)是(shì)由(yóu)于(yú)这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成不久，所以截至(zhì)目(mù)前还无(wú)法(fǎ)提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)太空望(wàng)远镜(jìng)其(qí)中一(yī)个关键的用(yòng)途(tú)就是(shì)探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室(shì)粒(lì)子天体物理中心的(de)科学(xué)家丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的(de)诞(dàn)生(shēng)，或者说是(shì)生命(mìng)进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步(bù)的(de)证实，那么(me)遍(biàn)布(bù)宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着(zhe)人类并不(bù)孤单呢？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个(gè)角落的行星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你们(men)觉(jué)得暗物质到底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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