宇宙是“人为制造(zào)”的(de)？为何会存在科(kē)学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是(shì)什么？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物(wù)质存在的证据，科(kē)学(xué)家们在(zài)过去的几十(shí)年(nián)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)有效证据。除了一个(gè)地(dì)方(fāng)，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学(xué)数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发(fā)表了(le)万有引力(lì)定(dìng)律，它揭(jiē)示(shì)了(le)宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天(tiān)体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且发现了(le)海王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是(shì)应(yīng)用万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们(men)上(shàng)升(shēng)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，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数千个(gè)星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这(zhè)些星系(xì)被引(yǐn)力束(shù)缚在(zài)一起。测量星系(xì)团的质量一般(bān)会使(shǐ)用(yòng)到两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)，当两种方(fāng)法(fǎ)结果一(yī)致，就(jiù)可以确定(dìng)其(qí)质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是(shì)利(lì)用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的(de)运动(dòng)速度。当测(cè)量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵(měng)了，“动力(lì)学质量”竟然是(shì)“光(guāng)度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发(fā)座星(xīng)系(xì)团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的(de)形式所存在，我们(men)无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系(xì)团中很多(duō)星系的速(sù)度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星系的质量(liàng)所产生的引力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的(de)，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了(le)，除(chú)非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的(de)物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提(tí)出了(le)这(zhè)样部分不(bù)可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光，但是它(tā)们(men)却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人(rén)们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观(guān)测仙女座星系中(zhōng)的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度(dù)就(jiù)会越慢。但(dàn)是他(tā)们(men)观测的(de)结果(guǒ)却让人(rén)感到不可思议(yì)。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保(bǎo)持不(bù)变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律(lǜ)，在星系当(dāng)中如果没有足(zú)够大的质量来吸(xī)引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一(yī)种相对标(biāo)准的(de)方法(fǎ)来解释(shì)暗(àn)物质(zhì)的存在，这(zhè)种(zhǒng)方法就是(shì)测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋转速度(dù)。如果(guǒ)出(chū)现(xiàn)异常的结果，就认为是由(yóu)暗(àn)物(wù)质的(de)力量进(jìn)入(rù)其中。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜测量(liàng)了(le)距离星系中心更远距离(lí)的(de)氢(qīng)元(yuán)素，发现它(tā)们的旋转速(sù)度并不符合(hé)牛顿的(de)力学定(dìng)律。我们(men)的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)进行(xíng)计算(suàn)，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速(sù)度围绕银(yín)河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么(me)产生以上这种向心加速(sù)度的原因很(hěn)可能就是存在着(zhe)一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应将星(xīng)系聚集(jí)在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人(rén)员(yuán)开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在(zài)星(xīng)系当中暗物(wù)质的质量占整个星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯(wéi)一可以解释这个现象的(de)原因。在一(yī)项新的研究(jiū)当(dāng)中，科学(xué)家们发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效(xiào)应的(de)遥远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的(de)微小差(chà)异。另外(wài)，天文学家还发现(xiàn)了一(yī)个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地(dì)球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存(cún)在暗物(wù)质，否则(zé)就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进(jìn)的望(wàng)远镜对其进行了(le)40个(gè)小时的详细测(cè)量之后，发(fā)现星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动是(shì)可(kě)以(yǐ)用正常的(de)物质和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附(fù)近的另一个大星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人类对(duì)引力的(de)理解还不够全面，引力(lì)很可(kě)能(néng)在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在(zài)行星系尺度中的(de)天(tiān)体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理解的方式(shì)运动(dòng)。但是上升到(dào)星系和星团的(de)尺度，引力之间的相互作用则是不同的方(fāng)式(shì)。对(duì)于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家(jiā)还引入(rù)了外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的(de)规(guī)模上，巨大的(de)质量之(zhī)间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着(zhe)我们(men)需要对现在的物理(lǐ)定律(lǜ)进(jìn)行修正，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质假说理论就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还(hái)有关于暗物质存在的其他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光年(nián)的子弹星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部(bù)分的普通质(zhì)量(liàng)都在星(xīng)系(xì)的气体当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万(wàn)公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会(huì)导致(zhì)温度(dù)的急剧升高，速(sù)度(dù)大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质(zhì)量将(jiāng)位于所有这(zhè)些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我(wǒ)们通(tōng)过什么来(lái)验证它的质量(liàng)区域到底(dǐ)是不(bù)是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清王杰2001年后嗓子变了谁下的毒，王杰2001年后嗓子变了还唱歌吗照片(piàn)，在照片中我们可以明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉(lā)伸产生(shēng)了巨大的形变。其(qí)实这些(xiē)星(xīng)系本身并不(bù)是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球(qiú)上的观测者(zhě)之间。被(bèi)一个质量超(chāo)级巨大(dà)的(de)天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的(de)引力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个(gè)现象就是引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系(xì)团观测的(de)时候，发(fā)现它的大质量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最(zuì)好的解释(shì)方法就(jiù)是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到(dào)的(de)质量气体被卡在了(le)中间，暗(àn)物质则(zé)直接通过了这个区域，并在(zài)两边形成了引力(lì)透(tòu)镜。对子(zi)弹星系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研究也(yě)被认为是(shì)暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的(de)微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较(jiào)冷的区域，但实际(jì)上它们之间的温(wēn)差只有万分之(zhī)一。

科(kē)学家们(men)通(tōng)过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连(lián)通域提取(qǔ)和(hé)标(biāo)记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图(tú)形看起来不(bù)应该是这样(yàng)的，而随着暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会(huì)减小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐射的测量值，我(wǒ)们(men)需要(yào)的暗物质大(dà)约是(shì)普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要(yào)的暗物(wù)质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个(gè)简单的理论框架(jià)，就很好地解释了很多不同的观(guān)测结(jié)果。而暗物质(zhì)的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的(de)实际(jì)证(zhèng)据。这种粒子到(dào)底是什(shén)么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式(shì)也不相同。在(zài)过去的几十(shí)年(nián)当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作(zuò)用的(de)“暗(àn)物质”，科学(xué)家(jiā)们已(yǐ)经进行了(le)超过(guò)50次的实验(yàn)，却没有任何实质(zhì)性的发现，除(chú)了(le)一个地方，意(yì)大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地(dì)球上最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层(céng)楼高的探测器(qì)，一(yī)直致力于(yú)寻找暗(àn)物质粒子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声(shēng)称观测到了(le)某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多(duō)年的数(shù)据(jù)收集，人(rén)们发(fā)现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降到(dào)最低，而且在(zài)20年(nián)当中每(měi)年都(dōu)是一样。一些科(kē)学家认为(wèi)这可能是人类发(fā)现暗物质(zhì)的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质(zhì)会(huì)产生(shēng)周(zhōu)期性的年度(dù)信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着(zhe)银河(hé)系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味(wèi)着我们也(yě)在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生相应的振(zhèn)荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的(de)速度围绕太(tài)阳(yáng)进行(xíng)旋(xuán)转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太阳环绕(rào)银河系(xì)的方向(xiàng)是一致的，而另外(wài)半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地(dì)球与太阳的方向正好(hǎo)达到(dào)完全(quán)一致，这是理论上地(dì)球穿越暗(àn)物质流最快(kuài)的时段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达(dá)到了最(zuì)慢(màn)值(zhí)。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况中，王杰2001年后嗓子变了谁下的毒，王杰2001年后嗓子变了还唱歌吗太阳系相(xiāng)对银河系(xì)的平面呈(chéng)现了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科(kē)学(xué)家认(rèn)为这可以用来解释(shì)，研究人员们所观测(cè)到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当然(rán)也可(kě)能有其(qí)他的情况，造成这种年度周(zhōu)期(qī)信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分(fēn)、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合这个周(zhōu)期(qī)的(de)规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又(yòu)在(zài)南(nán)半球建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运(yùn)动(dòng)特(tè)征和第一个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是由于(yú)这个实验室(shì)刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所(suǒ)以截(jié)至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器(qì)提供的(de)视野是哈勃红(hóng)外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键的(de)用(yòng)途就(jiù)是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯(sī)特芬(fēn)研究(jiū)发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有(yǒu)可能(néng)拥有另一(yī)种神(shén)秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重要(yào)因(yīn)素(sù)。

如果这(zhè)一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物质(zhì)会(huì)不(bù)会意(yì)味着人(rén)类并不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这(zhè)样的效(xiào)应(yīng)创造生命。当(dāng)然(rán)，这(zhè)些推论(lùn)的(de)大前提是要先(xiān)找到暗物质存(cún)在的实际(jì)证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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