宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质(zhì)又究(jiū)竟(jìng)是什(shén)么？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们在过去的(de)几十年(nián)当中进(jìn)行(xíng)了超过(guò)50次的长期实(shí)验(yàn)，但是(shì)却没有发(fā)现任何的有效证(zhèng)据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的规(guī)律。往后的(de)几百(bǎi)年来，当天文学家们(men)发现某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异(yì)常(cháng)，不符(fú)合万有引力定(dìng)律的时(shí)候，他们就会(huì)知道，周围一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都是(shì)应用(yòng)万有(yǒu)引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重大天文成(chéng)就的例子(zi)。但是这些(xiē)发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可(kě)当我(wǒ)们(men)上(shàng)升到(dào)星系或者(zhě)是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗(fú)里茨(cí)兹威基正在(zài)研究和测(cè)量后发星系团的质量。这是一(yī)个(gè)由(yóu)数(shù)千(qiān)个星系所组成的巨大(dà)星(xīng)系团(tuán)，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量(liàng)一般(bān)会使用到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方(fāng)法结(jié)果一致(zhì)，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第(dì)一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测(cè)量各个星系(xì)的光(guāng)度(dù)。

第二种是动(dòng)力学质(zhì)量的计算(suàn)，是利用(yòng)光谱红移测(cè)量星(xīng)系团(tuán)中的(de)各(gè)个星系相对(duì)于星系团(tuán)的运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的(de)质(zhì)量并(bìng)不以可见光的形式(shì)所存在，我们(men)无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量(liàng)速度的过(guò)程中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团中(zhōng)很多星(xīng)系(xì)的速度比(bǐ)理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星(xīng)系(xì)的质量所产生的引(yǐn)力是(shì)无法将它们(men)束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出(chū)星(xīng)系团之(zhī)外了(le)，除(chú)非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量(liàng)来源于(yú)某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基(jī)提出了(le)这样(yàng)部(bù)分不可(kě)见的(de)暗(àn)质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人(rén)们(men)对(duì)这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学(xué)家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特在(zài)观测仙女(nǚ)座星系中的(de)恒星运动。理论上来说，距(jù)离中(zhōng)心越(yuè)远的恒星在其轨道(dào)上的(de)运(yùn)行速度(dù)就会越慢(màn)。但(dàn)是他们观测的结果却让人感到(dào)不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增(zēng)加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿(dùn)的(de)万有引(yǐn)力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足(zú)够大的(de)质(zhì)量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们(men)会使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的(de)方法来解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是(shì)测量星(xīng)系当中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结(jié)果，就(jiù)认为是由暗物(wù)质(zhì)的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测量了(le)距离(lí)星系(xì)中(zhōng)心更(gèng)远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律进行(xíng)计算，太阳系(xì)的运(yùn)行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大(dà)于理论速度，那么产(chǎn)生(shēng)以上这种向心加速度的原因很可能就(jiù)是(shì)存在着一种我们看(kàn)不(bù)到的物质(zhì)，是这些(xiē)暗(àn)物(wù)质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来(lái)越多的(de)研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物(wù)质的存(cún)在。科学家根(gēn)据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质(zhì)量占整个(gè)星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在一(yī)项新的研(yán)究当中(zhōng)，科(kē)学(xué)家们发(fā)现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速(sù)度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银(yín)河系不多(duō)，但(dàn)是(shì)星系(xì)当(dāng)中存在(zài)的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须(xū)存在(zài)暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)对其(qí)进行了40个(gè)小时的详细(xì)测(cè)量(liàng)之后，发(fā)现星(xīng)系(xì)中(zhōng)的恒星(xīng)运动是可以用正常的物质和力学定律来(lái)解(jiě)释(shì)的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个(gè)大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附近没有任(rèn)何星系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假说之外(wài)，另一种可能就是人(rén)类对引力(lì)的理解还(hái)不够全(quán)面，引(yǐn)力(lì)很可能在不同尺度空(kōng)间(jiān)中(zhōng)的工(gōng)作(zuò)方(fāng)式是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度(dù)中的天(tiān)体会(huì)沿着(zhe)它们(men)的(de)轨道，按照我们所理解的(de)方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相互(hù)作用则是不同的方式。对(duì)于在星系(xì)团之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了外部(bù)场效(xiào)应的概念(niàn)，指的是在数百万光(guāng)年(nián)的规模(mó)上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会产生对彼此特殊的(de)效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现(xiàn)在的物(wù)理(lǐ)定律进(jìn)行(xíng)修正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人认(rèn)为暗物质假说(shuō)理论就(jiù)此(cǐ)终结(jié)。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存(cún)在(zài)的(de)其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解释(shì)的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的(de)子(zi)弹星系(xì)团，由两个碰撞的星(xīng)系团(tuán)所(suǒ)组成(chéng)，类似(shì)这(zhè)样的星团，它们(men)大部分的(de)普通质量都在(zài)星(xīng)系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际气(qì)体(tǐ)的相互作(zuò)用就会(huì)导致温度的急(jí)剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系(xì)团大部分的质量将(jiāng)位于所有这些气(qì)体所在的中(zhōng)间区域(yù)。那么(me)我们(men)通过什么来验证(zhèng)它(tā)的质量(liàng)区域(yù)到底是不(bù)是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望远镜传回(huí)了宇(yǔ)宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在(zài)照片中我们可以明(míng)显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本(běn)身(shēn)并不是真的被扭(niǔ)曲了(le)，也(yě)不(bù)是(shì)韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什(shén)么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量(liàng)超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的(de)东(dōng)西的引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星系(xì)的光(guāng)都发生(shēng)了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就(jiù)是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个(gè)巨大的天(tiān)体可(kě)能是超大(dà)质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的时候，发(fā)现(xiàn)它的大质量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最(zuì)好(hǎo)的解释方法就是(shì)当星(xīng)团发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过(guò)了这个区域(yù)，并在两边形成了引力(lì)透镜。对(duì)子弹星系团的(de)引力(lì)透镜(jìng)研究(jiū)也(yě)被(bèi)认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的(de)光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留下了(le)各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的(de)部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通(tōng)域提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质(zhì)，图(tú)形看(kàn)起来不应(yīng)该是这样(yàng)的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量(liàng)值(zhí)，我们需(xū)要的(de)暗物质大(dà)约是普通物(wù)质的5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星系(xì)当中恒(héng)星运动所需要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了(le)一个(gè)简单的理论框架，就很(hěn)好(hǎo)地解(jiě)释了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇宙当中存(cún)在着(zhe)某种类(lèi)型(xíng)的粒(lì)子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如(rú)果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在(zài)的实际(jì)证据(jù)。这种(zhǒng)粒(lì)子到(dào)底是什么？科学家们已经提出(chū)了(le)数十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的(de)目标粒子所需要的实(shí)验方式也不(bù)相同(tóng)。在过(guò)去的几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了(le)寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进(jìn)行了(le)超(chāo)过50次的实验，却(què)没有(yǒu)任何实质性的(de)发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰(lán)萨(sà)索山(shān)，隶属于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的(de)地下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地球上最(zuì)大的(de)地学实验室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测到了(le)某种信号。经(jīng)过了20多年的数据(jù)收集东周和西周的区别是什么意思，东周和西周的区别在哪儿，人(rén)们发(fā)现了一个有趣的事(shì)情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每年(nián)都是一(yī)样。一些(xiē)科学家认(rèn)为这可能是人类(lèi)发(fā)现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了(le)太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那(nà)么(me)如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以这(zhè)样的速(sù)度在穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度(dù)围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太(tài)阳(yáng)的(de)方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球(qiú)穿(chuān)越暗物(wù)质(zhì)流最快(kuài)的时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好达到了最慢(màn)值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜(xié)，但(dàn)是这(zhè)并(bìng)不影响这个(gè)理论的有效东周和西周的区别是什么意思，东周和西周的区别在哪儿性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解(jiě)释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到的周期性(xìng)信号。当然也可能(néng)有其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周期信(xìn)号的差异也可(kě)能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的(de)数量也符合(hé)这(zhè)个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立(lì)了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的(de)季(jì)节与(yǔ)之前的实验室正好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗(àn)物质所存(cún)在(zài)的非常有力的证据(jù)了。但是由(yóu)于这个实验室刚(gāng)刚建成不(bù)久(jiǔ)，所(suǒ)以截(jié)至目前还无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发(fā)射(shè)一台新的(de)望远镜，这(zhè)台(tái)太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供的视野是哈(hā)勃(bó)红外仪器的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗(luó)曼太(tài)空望远镜其中(zhōng)一个(gè)关键的用途就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室(shì)粒子天(tiān)体物理中心的科学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究发(fā)现，如(rú)果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或者说是生(shēng)命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一(yī)理论(lùn)得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样(yàng)的效应创造生命。当然(rán)，这些推论的(de)大前提(tí)是要先找到暗(àn)物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动(dòng)力(lì)！

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