宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科(kē)学无法解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学(xué)家们在过去(qù)的几十年当中(zhōng)进行了(le)超过50次的长期实验，但是(shì)却没有发现任何的有效证据。除了(le)一个地方，在(zài)1687年出版的(de)自然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的(de)规律。往后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天(tiān)体(tǐ)运行(xíng)轨道出现(xiàn)异(yì)常，不(bù)符合万有引力(lì)定律的时候，他们(men)就会知(zhī)道，周(zhōu)围一定有未知的天(tiān)体通过引力(lì)在(zài)摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的(de)异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发现都是应(yīng)用(yòng)万有引力定(dìng)律所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是(shì)这些发(fā)现都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可(kě)当我(wǒ)们上升到星系或(huò)者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测量后发星(xīng)系(xì)团的质量(liàng)。这是一个由数千个星系所组成的巨(jù)大星(xīng)系团(tuán)，这些星系被引力(lì)束缚(fù)在一起。测量(liàng)星系(xì)团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就(jiù)可以确定其质量的(de)范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获(huò)得(dé)其"光度学的质量(liàng)"，需要的数(shù)据(jù)是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学(xué)质(zhì)量(liàng)的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中的各个星系(xì)相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动力学(xué)质(zhì)量”竟(jìng)然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光的形式(shì)所存(cún)在(zài)，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的(de)速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质(zhì)量所产生(shēng)的引(yǐn)力是无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它(tā)们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非(fēi)有一种神秘的(de)力量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力(lì)量来源于(yú)某种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可(kě)见的暗质(zhì)，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质量。只是当(dāng)时(shí)的人(rén)们对这样(yàng)的一种说法不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再(zài)一次(cì)出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁(lǔ)宾(bīn)和(hé)肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的(de)恒(héng)星(xīng)运动。理论(lùn)上鲜衣怒马少年时,不负韶华行且知，鲜衣怒马少年时全诗谁写的来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度(dù)就会越慢。但是(shì)他们(men)观测的结果却(què)让人感到(dào)不可思议。

随着与中心(xīn)距(jù)离的增加，恒星的(de)旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可(kě)是根据牛(niú)顿的(de)万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足(zú)够大的质量(liàng)来吸(xī)引它(tā)们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙当(dāng)中了(le)。基于(yú)这(zhè)种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的方法来(lái)解释暗物(wù)质(zhì)的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为(wèi)是鲜衣怒马少年时,不负韶华行且知，鲜衣怒马少年时全诗谁写的由暗物(wù)质的力(lì)量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜测(cè)量了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元(yuán)素，发现它(tā)们(men)的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符(fú)合(hé)牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们的太(tài)阳系(xì)也不(bù)例外，太(tài)阳(yáng)系位(wèi)于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳系(xì)的运行速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实(shí)际(jì)速度远远大(dà)于(yú)理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上(shàng)这种向心加(jiā)速(sù)度的原因很可能就是存在着一种我们看(kàn)不到的(de)物质，是(shì)这(zhè)些暗物(wù)质的引力效(xiào)应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的(de)存在(zài)。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当(dāng)中(zhōng)暗(àn)物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这(zhè)个(gè)现(xiàn)象的原(yuán)因(yīn)。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力效应的(de)遥远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文学家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多(duō)，但(dàn)是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有银河(hé)系的千分之(zhī)一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。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后(hòu)，发现星系(xì)中的恒星运动是可以用正常的(de)物质和(hé)力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附近(jìn)没有任何星(xīng)系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一(yī)种可(kě)能就是人类(lèi)对引力的理解还不(bù)够全面，引(yǐn)力很可能(néng)在不同尺度空(kōng)间中的工作方式是(shì)不(bù)同的(de)，这意味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中的(de)天体会沿着它们(men)的轨道，按照我(wǒ)们(men)所理解的(de)方式(shì)运动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则(zé)是不同的方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用(yòng)，科(kē)学家还(hái)引(yǐn)入了(le)外部(bù)场(chǎng)效应的概念，指的(de)是(shì)在数百万(wàn)光(guāng)年(nián)的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立(lì)，这意味着我们需要对现在的物(wù)理定律进(jìn)行(xíng)修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其(qí)他的理论证据(jù)，这些(xiē)理论证据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星(xīng)团，它们大部分的(de)普通质(zhì)量都(dōu)在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作(zuò)用就会导致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所有这(zhè)些气体所在的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们(men)通(tōng)过什么来验证它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在照片(piàn)中我们可以明(míng)显地(dì)看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题(tí)，而是(shì)这样极遥(yáo)远的天(tiān)体和我们地球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨(jù)大(dà)的(de)天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的(de)天体可能(néng)是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域(yù)并不是在(zài)中间，而是在两侧。所(suǒ)以最(zuì)好的解(jiě)释(shì)方法(fǎ)就是(shì)当星团发(fā)生全(quán)部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则(zé)直(zhí)接通过了这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边(biān)形(xíng)成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究(jiū)也被认为是(shì)暗(àn)物质存在的(de)迄今为(wèi)止(zhǐ)最好(hǎo)的理论(lùn)证(zhèng)据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于(yú)可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经过了(le)130多亿年(nián)之(zhī)后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上(shàng)留下(xià)了(le)各相同性(xìng)的微波辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部分表示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷(lěng)的区域，但实(shí)际上它(tā)们之(zhī)间的温差只(zhǐ)有万分之(zhī)一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图(tú)像(xiàng)进(jìn)行连通域提取和(hé)标记(jì)之后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当(dāng)中(zhōng)没(méi)有暗(àn)物(wù)质，图形看起来不应该(gāi)是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐射的测(cè)量(liàng)值，我们(men)需要的暗(àn)物质(zhì)大(dà)约是(shì)普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数字与解鲜衣怒马少年时,不负韶华行且知，鲜衣怒马少年时全诗谁写的释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的(de)理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地解(jiě)释了很(hěn)多不同的观测(cè)结(jié)果(guǒ)。而暗物质的(de)本(běn)质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其(qí)他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过(guò)引(yǐn)力(lì)来相互(hù)作用。所以如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的(de)存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的(de)实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科(kē)学家们已(yǐ)经提出了数十种的假想目(mù)标(biāo)，而要寻找这(zhè)些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不(bù)相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸不(bù)到(dào)，几乎不(bù)会与常规物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们(men)已经进(jìn)行了(le)超过50次的(de)实验，却没有任何(hé)实质性的(de)发现，除(chú)了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的地下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大(dà)的地学实验室(shì)，这个(gè)实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的(de)周(zhōu)期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科(kē)学家声称(chēng)观测到了某种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣(qù)的事(shì)情(qíng)。探(tàn)测率会在(zài)每(měi)年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学(xué)家认(rèn)为这可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质(zhì)会产生周期性(xìng)的年度(dù)信(xìn)号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系(xì)正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在以这样的速(sù)度(dù)在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以(yǐ)有(yǒu)半年的时(shí)间，地(dì)球围绕(rào)太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系(xì)的(de)方向是一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候(hòu)，地球与太阳的方(fāng)向正好达到完(wán)全一(yī)致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可能有其他的(de)情况(kuàng)，造成这(zhè)种年度(dù)周期信号的(de)差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客的数量也符(fú)合这(zhè)个周(zhōu)期的规(guī)律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又在南半(bàn)球建立(lì)了一个几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这(zhè)里的季节(jié)与之前的(de)实验(yàn)室正好(hǎo)相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质流的运(yùn)动(dòng)特征和(hé)第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得(dé)到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的(de)证据了。但(dàn)是由于这(zhè)个实(shí)验室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所以截至(zhì)目(mù)前还无法提(tí)供相应的数据(jù)支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的望(wàng)远镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一(yī)个(gè)关键的(de)用途(tú)就是探(tàn)索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的(de)结果，我们(men)只能拭目以待(dài)了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化的一(yī)个重要因素。

如(rú)果这一(yī)理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人类并不(bù)孤单(dān)呢(ne)？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落(luò)的行星(xīng)上，暗物质正在通过(guò)这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要(yào)先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那(nà)么小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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