宇宙(zhòu)是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究竟是什(shén)么？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的(de)几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却(què)没有发现任(rèn)何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出版的(de)自然哲学数学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动的规(guī)律。往(wǎng)后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天文学(xué)家们发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道(dào)出(chū)现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是应用万有(yǒu)引力定律所取得重(zhòng)大(dà)天(tiān)文成就的(de)例(lì)子。但是这(zhè)些发(fā)现都是在(zài)恒星系(xì)统(tǒng)的(de)尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们上(shàng)升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学(xué)家弗里茨(cí)兹(zī)威(wēi)基正(zhèng)在(zài)研究和测量后发星系团的(de)质(zhì)量(liàng)。这是一个(gè)由数(shù)千(qiān)个星(xīng)系所(suǒ)组成的(de)巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星(xīng)系(xì)团的质量一般(bān)会(huì)使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定(dìng)其(qí)质(zhì)量的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数(shù)据是测量各(gè)个星系(xì)的光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力(lì)学(xué)质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各(gè)个星系相对于(yú)星系团的运动速度。当(dāng)测量(liàng)结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的速度(dù)比理(lǐ)论上要快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了(le)，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出(chū)了这样部分不可(kě)见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它(tā)们(men)却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一(yī)次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在(zài)观测仙女座星系中的(de)恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中(zhōng)心(xīn)越(yuè)远的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他们观(guān)测(cè)的结果却让人(rén)感到(dào)不(bù)可(kě)思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度几乎(hū)保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质(zhì)量(liàng)来(lái)吸引(yǐn)它(tā)们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基(jī)于(yú)这种现(xiàn)象，科(kē)学家们会使用一种(zhǒng)相对(duì)标准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系(xì)中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们(men)通过(guò)射电望远镜测量(liàng)了(le)距离星系(xì)中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它(tā)们的旋转速(sù)度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系也不例(lì)外，太阳系位(wèi)于(yú)银河系的(de)第三悬臂之上，距(jù)离银(yín)河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有引力定律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际(jì)上，太(tài)阳系(xì)正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度(dù)远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度，那么(me)产生以上(shàng)这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原因(yīn)很可能就是存在着一种我们看(kàn)不(bù)到的(de)物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应将星系(xì)聚集在了一(yī)起。

也(yě)是从(cóng)这时开始，越来越多的研(yán)究人(rén)员开始相信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系(xì)外恒星轨道(dào)的(de)速度，估算在星(xīng)系当中暗物质(zhì)的质量占整个(gè)星(xīng)系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当中，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效(xiào)应(yīng)的遥(yáo)远恒星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发(fā)现(xiàn)了一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地(dì)球(qiú)大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在(zài)的恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银河系(xì)的(de)千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星(xīng)系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家们使用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对其进行(xíng)了(le)40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现星系中的(de)恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和力(lì)学定律来解释的。那么(me)又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被(bèi)附(fù)近的另一个大(dà)星系(xì)剥离(lí)了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存在(zài)。造成这些现象(xiàng)的除了暗(àn)物质的(de)假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是(shì)人(rén)类对(duì)引力的理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是(shì)不同的，这意味着在(zài)行星(xīng)系尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨道(dào)，按(àn)照我们所理解(jiě)的方式运动。但(dàn)是上升到星系(xì)和星(xīng)团的尺度，引力之间的(de)相互(hù)作用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的(de)相互(hù)作用，科学(xué)家(jiā)还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大(dà)的质量之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立(lì)，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也(yě)让(ràng)很(hěn)多人(rén)认为(wèi)暗物质假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中(zhōng)还(hái)有关(guān)于暗(àn)物质(zhì)存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力(lì)透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的(de)星系团所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的星团(tuán)，它们大部分(fēn)的普通质量都在星系的(de)气体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的(de)时候，星际(jì)气体(tǐ)的(de)相互作用就会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域(yù)。那么我们通过(guò)什么来验证它的质量区域到底是不(bù)是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看(kàn)到很多星系似(shì)乎被拉伸(shēn)产生了(le)巨大的形变。其(qí)实这些星(xīng)系(xì)本身并(bìng)不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了(le)什么问题，而(ér)是(shì)这样(yàng)极遥远的天(tiān)体和我(wǒ)们地球上的观测者之(zhī)间(jiān)。被一个(gè)质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的(de)东西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后(hòu)更(gèng)遥远(yuǎn)星(xīng)系(xì)的(de)光都(dōu)发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应(yīng)。这个巨(jù)大(dà)的(de)天(tiān)体(tǐ)可能是超大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对(duì)子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的(de)大质量(liàng)区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质(zhì)量气体被(bèi)卡在了(le)中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域(yù)，并在两(liǎng)边形成了(le)引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透(tòu)镜研究也被认为(wèi)是暗物质存(cún)在的迄(qì)今为(wèi)止最(zuì)好的(de)理论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间背(bèi)景上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域(yù)，但实际上它们之间的(de)温差(chà)只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后的二值图像进(jìn)行连通域提取和(hé)标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形(xíng)看(kàn)起来不应该是这样的(de)，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例(lì)是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的(de)理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不(bù)同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本(běn)质(zhì)就(yue是什么意思网络用语，乐是什么意思网络用语jiù)是宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子的(de)存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同。在(zài)过(guò)去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物(wù)质(zhì)相互作(zuò)用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学(xué)家们已经(jīng)进行了超过50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的(de)格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地(dì)学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测(cè)器，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年(nián)的数据收集，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的(de)6月份达(dá)到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年(nián)都是一样。一(yī)些科学家认为这可(kě)能是人类发现暗物质(zhì)的(de)第(dì)一个直(zhí)接证据。

但是为什么(me)暗物质会产生(shēng)周期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我们也在以(yǐ)这(zhè)样的(de)速度在穿越着暗物质(zhì)流(liú)，这个过程(chéng)中会产生相(xiāng)应(yīng)的(de)振(zhèn)荡，同时(shí)地(dì)球(qiú)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(shí)间，地(dì)球围绕太阳的(de)方向与太阳环(huán)绕银河系(xì)的方向是一致的，而(ér)另外半(bàn)年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太(tài)阳的方(fāng)向正(zhèng)好达到完全一致(zhì)，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太(tài)阳系相对银河系的(de)平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学(xué)家(jiā)认为(wèi)这可以用来(lái)解释，研究人员们(men)所(suǒ)观测到的周期性(xìng)信号。当(dāng)然也可能有其(qí)他的情况，造成这种年度周期信号的差(chà)异(yì)也(yě)可能(néng)是温度(dù)、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分、高山上的(de)积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合这个(gè)周期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的(de)实验室，这里的季节与之(zhī)前的实(shí)验室正好相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿(chuān)过(guò)暗(àn)物质流的运动(dòng)特(tè)征和第一个实(shí)验(yàn)室是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗(àn)物质(zhì)所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚(gāng)建成(chéng)不(bù)久，所以截至(zhì)目前还无(wú)法提供相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽(kuān)视场(chǎng)仪(yí)器提(tí)供的视野是哈勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目(mù)以待了(le)。费米实验(yàn)室粒(lì)子(zi)天(tiān)体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥(yōng)有另(lìng)一(yī)种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生(shēng)，或者说是生命(mìng)进化的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得(dé)到进一步(bù)的(de)证实，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通(tōng)过(guò)这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持(chí)是(shì)我更新的动力(lì)！

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