宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无(wú)法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为(wèi)了(le)寻找暗(àn)物质存在的(de)证据，科学家们(men)在过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任(rèn)何的(de)有(yǒu)效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运(yùn)动的(de)规(guī)律。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当天文(wén)学家们发现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们(men)就会(huì)知道，周围一定有未知(zhī)的天体通(tōng)过引(yǐn)力(lì)在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过(guò)天王星运(yùn)行轨(guǐ)道的(de)异常，推算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引力定律所(suǒ)取得重大天文成(chéng)就的例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在(zài)恒星(xīng)系统的尺度(dù)当(dāng)中，可当(dāng)我们上(shàng)升到(dào)星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发(fā)星系团的质量。这是一个由数(shù)千个(gè)星系所组成(chéng)的巨大(dà)星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用(yòng)到(dào)两种方法，当两种(zhǒng)方法结(jié)果一致(zhì)，就可以确定其(qí)质量(liàng)的范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需(xū)要的(de)数据是测量各个星系(xì)的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的(de)计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星(xīng)系团的运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系(xì)团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失(shī)了，或(huò)者说这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可见光的形式(shì)所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的(de)是，在(zài)测量速(sù)度的过程中，兹威基(jī)发现(xiàn)星(xīng)系团中很多(duō)星系的(de)速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生(shēng)的引(yǐn)力(lì)是无法将它们束缚在星系团内的(de)，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之(zhī)外了(le)，除(chú)非有一种神秘的(de)力量(liàng)在(zài)起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的(de)物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基提出(chū)了(le)这(zhè)样(yàng)部分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人们对(duì)这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是(shì)他们(men)观测(cè)的(de)结果却让(ràng)人感到不(bù)可思(sī)议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的(de)旋转速(sù)度几乎(hū)保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星(xīng)早就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测(cè)量星(xīng)系当中气体(tǐ)在X轴上距离星(xīng)系中心的距离(lí)，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现异(yì)常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗物质的力量进(jìn)入其中。

于(yú)是科学家们通过(guò)射电望远镜(jìng)测量了距离(lí)星系(xì)中心更远距离(lí)的氢元素(sù)，发现它(tā)们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们(men)的太阳系也(yě)不例外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力(lì)定律进行(xíng)计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的原因很可能就是存在(zài)着一种我们看不到的物质，是(shì)这些暗物质的引力效应将星(xīng)系(xì)聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这(zhè)时开(kāi)始，越来(lái)越多的(de)研究人员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根(gēn)据星(xīng)系外恒(héng)星(xīng)轨道的速度，估算(suàn)在星系(xì)当中暗物质(zhì)的质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这(zhè)个现象的原(yuán)因。在(zài)一(yī)项新的(de)研究当中，科学家们(men)发现，几乎(hū)张歆艺袁弘为什么离的婚，张歆艺和袁弘离婚了吗没(méi)有引力(lì)效应的(de)遥(yáo)远恒星之(zhī)间，也会(huì)出现(xiàn)速度上(shàng)的微小差异。另外(wài)，天文学(xué)家(张歆艺袁弘为什么离的婚，张歆艺和袁弘离婚了吗jiā)还发现了一(yī)个(gè)反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和(hé)银河(hé)系不多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在(zài)暗物(wù)质(zhì)，否则就会分崩(bēng)离(lí)析。但是科(kē)学家们(men)使用最(zuì)先(xiān)进的望远镜对(duì)其进行(xíng)了(le)40个小(xiǎo)时的详细测量之(zhī)后(hòu)，发现星系(xì)中的恒星运(yùn)动是可以用正常(cháng)的物质和力学定(dìng)律来解(jiě)释的(de)。那么又(yòu)有人提出，也(yě)许该(gāi)星系(xì)的暗物质(zhì)，已经被附近(jìn)的(de)另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何(hé)星系存(cún)在。造成这(zhè)些(xiē)现象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另(lìng)一种可能就(jiù)是人类对引力的(de)理解还不够全面(miàn)，引(yǐn)力(lì)很(hěn)可能在(zài)不同尺度空间中(zhōng)的工作(zuò)方式是(shì)不(bù)同(tóng)的，这意味(wèi)着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式运动。但是(shì)上升到星系和(hé)星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互(hù)作用(yòng)则是(shì)不同(tóng)的方式。对(duì)于在星系团之间的相互作用，科学(xué)家还引入了(le)外部场效(xiào)应的概念，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万(wàn)光(guāng)年的规模(mó)上，巨大(dà)的质量之(zhī)间(jiān)会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理(lǐ)定律进行修(xiū)正，这些发(fā)现也让(ràng)很多(duō)人认为暗物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有(yǒu)关于暗(àn)物质存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙(méng)德(dé)理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大(dà)部(bù)分的普通质(zhì)量(liàng)都(dōu)在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发(fā)生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的(de)相互作用就(jiù)会导致温(wēn)度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部(bù)分的(de)质量将位于(yú)所有(yǒu)这些气(qì)体所在的(de)中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通过什么(me)来验证它的质量(liàng)区域到(dào)底是(shì)不是集中在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中我们(men)可以明显(xiǎn)地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了(le)巨大的(de)形变(biàn)。其实这些(xiē)星系(xì)本身并不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样极(jí)遥(yáo)远(yuǎn)的天(tiān)体和(hé)我们地(dì)球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力(lì)，会(huì)使身后更遥远星(xīng)系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹星系团观测的时候，发(fā)现它的大质(zhì)量(liàng)区域并不(bù)是在(zài)中间(jiān)，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以最好的解释(shì)方法就是当(dāng)星团发生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到(dào)的(de)质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了(le)这个区(qū)域，并在两边形成了(le)引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系(xì)团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的(de)迄今为(wèi)止最好的(de)理论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见(jiàn)光终(zhōng)于(yú)可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些(xiē)光在(zài)宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上留(liú)下了各相同性的微波辐(fú)射(shè)。其中红(hóng)色(sè)的(de)部分表示(shì)温度较高(gāo)的(de)区(qū)域，蓝(lán)色则(zé)表示相对较冷的区(qū)域(yù)，但实际上它们之间(jiān)的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们(men)通过对前景背景分离后的(de)二值图像进行连通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起来不应该是这(zhè)样(yàng)的，而随(suí)着暗(àn)物质的增加，一些峰值的(de)幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中(zhōng)恒星运动(dòng)所需(xū)要(yào)的暗(àn)物质(zhì)比例是一(yī)致(zhì)的(de)。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的(de)粒(lì)子(zi)，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力(lì)来(lái)相互作用(yòng)。所以如(rú)果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是(shì)什么(me)？科学(xué)家们已经提出(chū)了数(shù)十(shí)种的(de)假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目(mù)标粒子(zi)所(suǒ)需(xū)要的实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物质(zhì)相(xiāng)互作用的(de)“暗(àn)物(wù)质”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除(chú)了一(yī)个地(dì)方，意大(dà)利的格兰萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

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(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测(cè)到了(le)某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发(fā)现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年(nián)当中每年都是一(yī)样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发现暗(àn)物质(zhì)的第一(yī)个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性的年度信(xìn)号(hào)呢(ne)？刚才我们(men)讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速度围(wéi)绕着银河(hé)系进(jìn)行移(yí)动，那么如果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着我们也在以(yǐ)这(zhè)样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系(xì)的方向(xiàng)是一致的，而另(lìng)外半(bàn)年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好(hǎo)达到完全一(yī)致，这是(shì)理论上地(dì)球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对(duì)银河系的平(píng)面呈(chéng)现了(le)60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这并不影(yǐng)响这(zhè)个理论(lùn)的有效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认(rèn)为这(zhè)可以用(yòng)来解释(shì)，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号。当然也(yě)可能有其他的(de)情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的(de)数(shù)量也符(fú)合这(zhè)个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同的实验室(shì)，这里的季节与(yǔ)之前的实验(yàn)室正好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过暗物质流的(de)运(yùn)动(dòng)特(tè)征和第一个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这(zhè)里(lǐ)可(kě)以得到(dào)相同的(de)信号，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质(zhì)所存在的(de)非(fēi)常有(yǒu)力的证(zhèng)据了(le)。但是由于这个实验室(shì)刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至(zhì)目前还无(wú)法提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射(shè)一台(tái)新的(de)望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物(wù)理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质(zhì)存在，它(tā)们(men)极有可(kě)能拥(yōng)有另一种神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支持(chí)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞(dàn)生，或(huò)者说是生命进化的一(yī)个(gè)重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的(de)效应创(chuàng)造生命。当然，这些(xiē)推论的(de)大前(qián)提是(shì)要先(xiān)找到暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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