宇宙是“人为制造(zào)”的？为何(hé)会存在科学无(wú)法解释的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什(shén)么(me)？人类为了(le)寻(xún)找暗物(wù)质存在的(de)证据(jù)，科学家们在过去的几(jǐ)十年当中进行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的(de)自然哲(zhé)学数学(xué)原理(lǐ)一书(shū)中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表了(le)万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来(lái)，当天(tiān)文学家们(men)发(fā)现某(mǒu)些天体运行轨道出现异(yì)常，不(bù)符(fú)合万有引力定律的(de)时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通(tōng)过(guò)引力在(zài)摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发(fā)现都是应用万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律所取得重大天文成就的例子(zi)。但是(shì)这些发(fā)现都是(shì)在恒星系统的(de)尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度(dù)，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威(wēi)基(jī)正在研究和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一(yī)个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星系被引力束(shù)缚在一(yī)起。测(cè)量星系团的(de)质量(liàng)一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度(dù)学(xué)的(de)质量"，需要的(de)数(shù)据是测量各个(gè)星系(xì)的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测(cè)量星系团中的各个星系相对于星(xīng)系团的(de)运动速度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座星系(xì)团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的(de)形式所存(cún)在，我们(men)无(wú)法看到。最(zuì)诡(guǐ)异(yì)的(de)是，在测量速度的(de)过(guò)程(chéng)中，兹(zī)威基(jī)发现星系(xì)团(tuán)中很(hěn)多星系(xì)的速(sù)度比理论上(shàng)要快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量(liàng)所产生的(de)引力(lì)是无法将(jiāng)它们束缚(fù)在(zài)星(xīng)系团(tuán)内的，它们早(zǎo)就应该被抛出(chū)星系团之外了，除(chú)非(fēi)有(yǒu)一种(zhǒng)神秘(mì)的力量在(zài)起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了(le)这样部分不(bù)可(kě)见的暗质，它不发(fā)散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光，但是它(tā)们(men)却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质量。只是当(dāng)时(shí)的人们对这样(yàng)的(de)一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个(gè)词才再一(yī)次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心越(yuè)远(yuǎn)的恒(héng)星在(zài)其(qí)轨道上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测(cè)的(de)结(jié)果(guǒ)却让人感到不(bù)可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎(hū)保持不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在(zài)星系当中如果(guǒ)没有足(zú)够大的(de)质量来(lái)吸(xī)引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于(yú)这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释(shì)暗物质(zhì)的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中(zhōng)心的距(jù)离，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转速(sù)度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望(wàng)远(yuǎn)镜测量(liàng)了距(jù)离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太(tài)阳系也不(bù)例外，太阳系(xì)位于银河系(xì)的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进(jìn)行(xíng)计算(suàn)，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速度(dù)，那么产生以上(shàng)这种向心加(jiā)速(sù)度的原因很可(kě)能就是存在着一(yī)种我们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越来(lái)越多(duō)的研(yán)究人(rén)员开始相信(xìn)暗物质(zhì)的存在。科学(xué)家根据星(xīng)系外恒(héng)星轨道(dào)的速度，估算在(zài)星系当中(zhōng)暗物(wù)质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是(shì)唯一可以解释这个现象的原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度(dù)上的微小差(chà)异。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但是(shì)星系当中存(cún)在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科(kē)学家们使用最(zuì)先进的(de)望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星(xīng)系(xì)中的恒星运动(dòng)是(shì)可(kě)以用正常的物质和(hé)力学定(dìng)律来解释(shì)的。那么又有人提(tí)出(chū)，也许该(gāi)星系(xì)的暗(àn)物质(zhì)，已经(jīng)被附(fù)近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系(xì)存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解(jiě)还(hái)不够全(quán)面，引力很可能在不(bù)同(tóng)尺度空(kōng)间(jiān)中(zhōng)的工作方式是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们(men)的轨道，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的方(fāng)式(shì)运动(dòng)。但(dàn)是(shì)上升(shēng)到星系和(hé)星团的尺(chǐ)度，引力(lì)之(zhī)间的相互作用则是不同的(de)方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入(rù)了(le)外部场效应(yīng)的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模(mó)上，巨(jù)大(dà)的质(zhì)量之间(jiān)会产生对(duì)彼此特殊的(de)效果(guǒ)，这个理论叫(ji殖民地和半殖民地区别通俗易懂，中国7个殖民地ào)做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这意(yì)味着我们需(xū)要对现在的物理定(dìng)律进行修正，这些发现也(yě)让很多人认为暗(àn)物质假说理论就此终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理(lǐ)论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的(de)星系团所组成(chéng)，类似这样的(de)星(xīng)团，它们大部(bù)分(fēn)的普通质量都在(zài)星系的(de)气(qì)体当中(zhōng)。当星团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际(jì)气体的相互作用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有(yǒu)这些气体所(suǒ)在的中间区(qū)域。那(nà)么我们通过什么来(lái)殖民地和半殖民地区别通俗易懂，中国7个殖民地验证它的质量区域到底是不是(shì)集中在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全(quán)彩的(de)高清照片，在照片中我们(men)可(kě)以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实(shí)这(zhè)些星系本身(shēn)并不是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被一个质量超(chāo)级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使身后更遥(yáo)远星系的光都发生(shēng)了(le)扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大质量(liàng)区域(yù)并不是(shì)在(zài)中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发(fā)生(shēng)全部的(de)碰撞时，可被观测(cè)到(dào)的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直(zhí)接通过了(le)这个区域(yù)，并在两边形成(chéng)了(le)引力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系团的(de)引(yǐn)力透(tòu)镜研(yán)究也被认(rèn)为是(shì)暗物质存在的迄(qì)今为止最好的理论证据(jù)。

除(chú)此(cǐ)之外，还(hái)有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年(nián)之后，可(kě)见光终于可以畅(chàng)通(tōng)无(wú)阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空(kōng)间背景(jǐng)上留下了各(gè)相同(tóng)性的微波(bō)辐射。其(qí)中红色(sè)的部(bù)分表示(shì)温度较(jiào)高(gāo)的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的(de)区域(yù)，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万(wàn)分之一。

科(kē)学(xué)家们(men)通过对前景背(bèi)景分离(lí)后的二(èr)值图像(xiàng)进行连通域提取和标记(jì)之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅(fú)度(dù)会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动(dòng)所需要的暗物质(zhì)比例是一(yī)致(zhì)的(de)。这就(jiù)意(yì)味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架(jià)，就很好地解释了很(hěn)多不(bù)同(tóng)的观(guān)测结(jié)果。而暗物质(zhì)的(de)本质就是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它(tā)们不(bù)参与任何其他(tā)的电磁(cí)作用，只通(tōng)过引力来(lái)相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果(guǒ)能(néng)够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒(lì)子的存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的实际(jì)证据。这(zhè)种粒(lì)子到(dào)底是什么？科学(xué)家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要(yào)寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的实验方式也不相同。在(zài)过(guò)去(qù)的几十(shí)年当中，人(rén)类为了(le)寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎(hū)不会(huì)与常规物(wù)质相互(hù)作用的(de)“暗(àn)物质(zhì)”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却(què)没有(yǒu)任何(hé)实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的(de)科(kē)学(xué)家(jiā)声称观(guān)测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的(de)数据收集(jí)，人(rén)们发现了一(yī)个有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会在每年的(de)6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了(le)太(tài)阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着(zhe)银河系(xì)进行(xíng)移(yí)动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇宙当中，这意(yì)味着(zhe)我们(men)也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗(àn)物(wù)质流，这个(gè)过程中会产(chǎn)生(shēng)相应(yīng)的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时间(jiān)，地(dì)球(qiú)围绕(rào)太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方向(xiàng)是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地(dì)球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质流最快的时(shí)段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系(xì)相(xiāng)对银河系的平面呈(chéng)现了(le)60度(dù)的倾斜(xié)，但是这(zhè)并不影响这个(gè)理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解释(shì)，研(yán)究人(rén)员们(men)所观测到的(de)周期(qī)性信号。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度周期信号的(de)差(chà)异也(yě)可能是(shì)温度(dù)、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分(fēn)、高(gāo)山上的(de)积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大(dà)利游(yóu)客的数(shù)量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了(le)一个几乎相同(tóng)的实验室，这(zhè)里的季节与(yǔ)之前的(de)实验室(shì)正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第(dì)一个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常(cháng)有力的证据了。但是(shì)由(yóu)于这个实验室(shì)刚刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截至目前还(hái)无法提供(gōng)相应(yīng)的数(shù)据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供的视(shì)野(yě)是哈(hā)勃(bó)红(hóng)外(wài)仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜其中一个关(guān)键的用途(tú)就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于探(tàn)测(cè)的结果(guǒ)，我们只能拭目以待(dài)了。费(fèi)米实(shí)验(yàn)室(shì)粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的(de)科学家丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重要因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论(lùn)得(dé)到进一步(bù)的证实(shí)，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质会不(bù)会(huì)意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前(qián)提(tí)是要(yào)先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗(àn)物质到(dào)底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是(shì)我更(gèng)新的动力！

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