宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人(rén)类(lèi)为了寻(xún)找暗物质存(cún)在(zài)的证据，科学家们在(zài)过(guò)去的几十年当中进行(xíng)了(le)超(chāo)过(guò)50次的长期实验，但(dàn)是却(què)没有发现任何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然(rán)哲学(xué)数学原(yuán)理一(yī)书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规(guī)律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常(cháng)，不符(fú)合万有引力(lì)定(dìng)律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一(yī)定有未知的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就(jiù)通过天(tiān)王星运行(xíng)轨(guǐ)道(dào)的(de)异常，推算并(bìng)且发现了海王星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引力定律所取得(dé)重大天(tiān)文成就(jiù)的例(lì)子。但(dàn)是(shì)这些发现都是在(zài)恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们上升(shēng)到星系(xì)或者(zhě)是星团的尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在研究和测(cè)量后(hòu)发星(xīng)系(xì)团的质(zhì)量。这是(shì)一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系团(tuán)的质(zhì)量一般会使用到(dào)两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一致(zhì)，就可以确定(dìng)其质(zhì)量的范围(wéi)。

第一(yī)种是获得其"光度(dù)学的(de)质量"，需(xū)要的数据(jù)是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的(de)各个星系相对(duì)于(yú)星(xīng)系团(tuán)的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了(le)，“动(dòng)力(lì)学质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度(dù)学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所(suǒ)存在，我们无法(fǎ)看(kàn)到(dào)。最诡异的(de)是(shì)，在测量速度的过程中，兹(zī)威基(jī)发现星系团中很多星系的速度比理(lǐ)论上要(yào)快得多，按(àn)照牛顿的(de)运动学(xué)定律，仅靠这些(xiē)可(kě)见(jiàn)星系(xì)的质量(liàng)所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它(tā)们早就(jiù)应该(gāi)被抛出星系(xì)团之外了，除(chú)非有(yǒu)一种(zhǒng)神(shén)秘的(de)力量在(zài)起作(zuò)用，这种力(lì)量(liàng)来源于(yú)某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们却(què)占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分的(de)质量(liàng)。只是当时(shí)的人们(men)对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再一次出(chū)现。天文(wén)学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒(héng)星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上(shàng)的(de)运行速度就会越慢(màn)。但是他们观测(cè)的结果却让(ràng)人感到(dào)不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早就被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用一(yī)种相对(duì)标准的方法来解释(shì)暗物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是(shì)测量星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速度。如果出(chū)现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中(zhōng)。

于(yú)是科学家们(men)通过(guò)射电望远镜测量(liàng)了距(jù)离(lí)星系(xì)中心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元(yuán)素，发(fā)现它们的旋(xuán)转速度并(bìng)不符合牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我们的太阳系也(yě)不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据(jù)万有引力定律进(jìn)行计(jì)算，太阳系的运行(xíng)速度应(yīng)该(gāi)是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大(dà)于理论速度，那(nà)么产(chǎn)生以上这种向心加速度(dù)的原因很可能就是存在着一种我们看不到(dào)的物(wù)质，是这些暗(àn)物(wù)质(zhì)的引力效应(yīng)将星系(xì)聚集在了一(yī)起。

也是从这时开(kāi)始，越(yuè)来越(yuè)多的研究人(rén)员开始相信暗物质的存(cún)在。科学(xué)家(jiā)根据星系外恒(héng)星(xīng)轨道的速度，估(gū)算在(zài)星系(xì)当中暗物质的质量占整个星系(xì)质(zhì)量的(de)85%。但(dàn)是，暗(àn)物质(zhì)并(bìng)不是唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的(de)研究(jiū)当中(zhōng)，科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出(chū)现(xiàn)速度上的微小(xiǎo)差(chà)异(yì)。另外(wài)，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多(duō)，但(dàn)是(shì)星系当中存在的(de)恒星(xīng)数量(liàng)却只有银河系(xì)的千分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星(xīng)系必须(xū)存在暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力(lì)学定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也(yě)许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另(lìng)一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有(yǒu)任何(hé)星系(xì)存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间(jiān)中的工作方(fāng)式(shì)是不同的(de)，这(zhè)意味着(zhe)在行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式运动。但是上升(shēng)到(dào)星(xīng)系和星团的尺度(dù)，引力(lì)之间的相互作(zuò)用则是不同(tóng)的方(fāng)式。对(duì)于在(zài)星系团(tuán)之间的相互(hù)作(zuò)用(yòng)，科学(xué)家还(hái)引(yǐn)入了(le)外部场效应的(de)概(gài)念，指的是在(zài)数百万光年(nián)的规模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间(jiān)会产生对彼此特殊(shū)的(de)效(xiào)果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对现在的物理定律(lǜ)进行(xíng)修正(zhèng)，这些发现也(yě)让很多人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的(de)星系(xì)团(tuán)所组成，类似这(zhè)样(yàng)的星团(tuán)，它们大部分的普通质量都(dōu)在星(xīng)系(xì)的气体当(dāng)中(zhōng)。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用(yòng)就(jiù)会(huì)导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部(bù)分的质量将位于所有这(zhè)些气体所(suǒ)在的中间区(qū)域(yù)。那么我们通(tōng)过什么(me)来验证它(tā)的质量区(qū)域到底是不(bù)是(shì)集中在中间(jiān)呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第一张全彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在(zài)照片中我们可(kě)以明(míng)显地看到很(hěn)多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些星(xīng)系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们(men)地(dì)球上(shàng)的观测(cè)者(zhě)之间。被一个质(zhì)量(liàng)超(chāo)级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质量的东(dōng)西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是(shì)引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可(kě)能(néng)是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的(de)大(dà)质量(liàng)区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通(tōng)过了(le)这个区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系团的引力透镜研(yán)究也(yě)被认(rèn)为(wèi)是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中最古老的(de)光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对(duì)较冷(lěng)的(de)区域，但实际上它们之间的(de)温差只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家们通(tōng)过对前景(jǐng)背景分离后的二(èr)值图(tú)像进行连通域提(tí)取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看起来(lái)不应该是这样的，而(ér)随(suí)着(zhe)暗(àn)物质的增加(jiā)，一(yī)些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了(le)匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗(àn)物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星(xīng)系当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质(zhì)比例是一(yī)致(zhì)的(de)。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了一个简单(dān)的理(lǐ)论框架，就很好地(dì)解(jiě)释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是(shì)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)存在(zài)着某种类型的粒子(zi)，它们不参与任何其(qí)他(tā)的电磁作用，只通过引力来(lái)相(xiāng)互(hù)作用。所以如果能够找到(dào)这种粒(lì)子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已经提出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而(ér)要(yào)寻找这些(xiē)不同的目(mù)标粒子所需(xū)要的实验方式也(yě)不相同。在(zài)过去的几十(shí)年当中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任(rèn)何(hé)实(shí)质性的(de)发(fā)现，除了(le)一(yī)个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的(de)周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学(xué)家声称观(guān)测到了(le)某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多(duō)年的数据收集，人们(men)发现(xiàn)了一(yī)个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的(de)6月份达到峰值，然(rán)后在11月(yuè)降(jiàng)到(dào)最低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年(nián)都是(shì)一样。一些科(kē)学家认为这可能是人(rén)类发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个(gè)直接证据。

但(dàn)是(shì)为什(shén)么(me)暗物(wù)质会产生(shēng)周期性(xìng)的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了(le)太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河(hé)系进行移(yí)动，那(nà)么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在(zài)以这样的(de)速度在穿越着(zhe)暗物(wù)质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同(tóng)时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河(hé)系的(de)方向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方(fāng)向正(zhèng)好(hǎo)达(dá)到完全一致话说三遍淡如水下一句是什么意思，话说三遍淡如水下一句是什么成语，这是理论(lùn)上地球穿越(yuè)暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银(yín)河系的平(píng)面呈现(xiàn)了60度的(de)倾(qīng)斜(xié)，但(dàn)是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这(zhè)个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人(rén)员(yuán)们所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可(kě)能有其他的(de)情(qíng)况(kuàng)，造成这(zhè)种年度(dù)周期(qī)信(xìn)号的差异(yì)也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山(shān)上(shàng)的积(jī)雪，甚至连(lián)意(yì)大利游客的数量也符合这个(gè)周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家们又在(zài)南半球建立了一个几乎(hū)相同的实验(yàn)室，这里(lǐ)的(de)季(jì)节与之前的实验(yàn)室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到(dào)相同的信(xìn)号，就可(kě)以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在的非(fēi)常有(yǒu)力的(de)证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法(fǎ)提供(gōng)相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键(jiàn)的用途就是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化的(de)一个(gè)重要因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到进一步的(de)证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物(wù)质会不会(huì)意(yì)味着人类并不孤(gū)单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的实际证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新(xīn)的(de)动(dòng)力！

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