宇宙是“人为制造(zào)”的(de)？为何会存(cún)在科(kē)学无(wú)法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了(le)寻找暗(àn)物质存在的证据，科(kē)学家们在(zài)过去的几十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验，但(dàn)是(shì)却没有发现任何的有效证(zhèng)据(jù)。除(chú)了一个地方，在1687年出(chū)版的(de)自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运(yùn)动的(de)规律。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当天文学(xué)家们发现(xiàn)某些天体(tǐ)运行(xíng)轨道出现异常(cháng)，不符合万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律的时候，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轨(guǐ)道(dào)。比如在(zài)1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就(jiù)通(tōng)过(guò)天(tiān)王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推算并且(qiě)发现了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发现都是应用万有引(yǐn)力定律所(suǒ)取(qǔ)得重大天文成就的(de)例子(zi)。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当中，可(kě)当我们上升到(dào)星系或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在(zài)研究和测量(liàng)后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这是(shì)一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束(shù)缚(fù)在一起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量一般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方(fāng)法结果一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据是测(cè)量(liàng)各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红(hóng)移(yí)测量星系团(tuán)中的各个(gè)星系相对(duì)于星系(xì)团的运动速度(dù)。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星(xīng)系(xì)团(tuán)有99%的质量消失(shī)了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量并不(bù)以(yǐ)可(kě)见光的形式(shì)所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测量速度的(de)过程中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系的速(sù)度比理论(lùn)上(shàng)要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可(kě)见星系的(de)质量所产(chǎn)生(shēng)的引(yǐn)力是无法将它(tā)们束缚在(zài)星系团(tuán)内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘(mì)的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这(zhè)样部分不可(kě)见的(de)暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它(tā)们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物(wù)质(zhì)”这个词才(cái)再(zài)一次(cì)出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特(tè)福特在观测(cè)仙女(nǚ)座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的(de)恒(héng)星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度(dù)几乎保持(chí)不变。可是(shì)根据牛顿(dùn)的万有(yǒu)引力定律，在星系(xì)当中(zhōng)如果没有足(zú)够大(dà)的(de)质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于(yú)这种现象，科学家们会(huì)使用一(yī)种相(xiāng)对标准的方法来解释(shì)暗物质(zhì)的存在，这种方法就是(shì)测(cè)量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上海梅林和中粮梅林的区别 中粮和梅林哪个更好上气体的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现(xiàn)异(yì)常的结果，就认为是(shì)由(yóu)暗物质的力(lì)量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离(lí)星系(xì)中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们(men)的太(tài)阳系也不例外，太(tài)阳(yáng)系位于银河系的(de)第三悬(xuán)臂之上，距离(lí)银(yín)河(hé)系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定(dìng)律(lǜ)进行计算(suàn)，太(tài)阳系的运行(xíng)速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围绕银河系(xì)旋转，这(zhè)个实际(jì)速(sù)度(dù)远远大于(yú)理论速(sù)度，那么产生以上这种向(xiàng)心加(jiā)速度的(de)原因很可能就是(shì)存在着一种(zhǒng)我们(men)看不到的(de)物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越(yuè)来越多的研究人(rén)员开(kāi)始相信暗物质的存(cún)在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当中(zhōng)暗物质(zhì)的质(zhì)量(liàng)占(zhàn)整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在一(yī)项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科(kē)学(xué)家们发(fā)现，几乎没有引力(lì)效(xiào)应的(de)遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速(sù)度(dù)上的微(wēi)小差异(yì)。另外，天(tiān)文学家还(hái)发(fā)现(xiàn)了一个(gè)反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该(gāi)星系必须(xū)存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用正常的物质和力学(xué)定律(lǜ)来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星(xīng)系存在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除(chú)了(le)暗物质(zhì)的假说之外，另一(yī)种可能(néng)就是人类对(duì)引力的理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力(lì)很可能在不(bù)同尺度空间中的工作方式(shì)是不(bù)同的，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)在行星系(xì)尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是(shì)上升到星系(xì)和星(xīng)团的尺度，引力之间(jiān)的(de)相互作用(yòng)则是不同的(de)方(fāng)式。对于在(zài)星系团之间的(de)相互(hù)作用，科学家还引入(rù)了外(wài)部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光年的规(guī)模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们(men)需要对现在的物(wù)理定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发现也让(ràng)很多人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说(shuō)理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据(jù)是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系(xì)团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们(men)大部分(fēn)的普通(tōng)质量都(dōu)在星系的气体当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温(wēn)度(dù)的急剧升高，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在(zài)理论(lùn)上(shàng)，在碰(pèng)撞之(zhī)后(hòu)，子(zi)弹星系(xì)团大部分的质量(liàng)将(jiāng)位于所有这些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什(shén)么(me)来(lái)验证它(tā)的(de)质量(liàng)区域到(dào)底是不(bù)是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明显地看到很(hěn)多星系(xì)似乎(hū)被拉(lā)伸产生了(le)巨大的(de)形变。其实(shí)这些(xiē)星(xīng)系本(běn)身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出(chū)了什么问题，而是这(zhè)样(yàng)极遥远的天体和我们地球(qiú)上(shàng)的观测者之(zhī)间。被(bèi)一个质量(liàng)超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的(de)光都发生(shēng)了(le)扭曲(qū)。这个(gè)现(xiàn)象(xiàng)就是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的(de)大质量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解(jiě)释方(fāng)法(fǎ)就是当(dāng)星团(tuán)发(fā)生全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通过了这个(gè)区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子(zi)弹(dàn)星系(xì)团(tuán)的引力(lì)透镜研(yán)究也被(bèi)认为(wèi)是暗物(wù)质存在的(de)迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除(chú)此之(zhī)外(wài)，还有来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光(guāng)终于可以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上留(liú)下了各相(xiāng)同性的(de)微波辐(fú)射。其中红色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但(dàn)实际上它(tā)们之间的温(wēn)差只有万(wàn)分之一。

科学家们通(tōng)过(guò)对前(qián)景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之(zhī)后发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物(wù)质，图形看起来不(bù)应(yīng)该是(shì)这(zhè)样的，而随着(zhe)暗物(wù)质的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才(cái)变得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射(shè)的测(cè)量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个数字与(yǔ)解释星系(xì)当中恒星运动(dòng)所需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不同的(de)观测结(jié)果。而(ér)暗物质的(de)本质就(jiù)是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的(de)电磁作用，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当于找到了暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据(jù)。这种粒(lì)子(zi)到底是(shì)什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要的实(shí)验方式也不相(xiāng)同。在过(guò)去(qù)的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这(zhè)些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常(cháng)规物质相互作用(yòng)的(de)“暗物(wù)质(zhì)”，科学家(jiā)们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任何实质性的发现，除了一(yī)个地方(fāng)，意大(dà)利的(de)格兰萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的(de)科学(xué)家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据(jù)收(shōu)集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些(xiē)科学家认(rèn)为这(zhè)可能是人类(lèi)发现暗物质的(de)第(dì)一(yī)个(gè)直接证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度信(xìn)号(hào)呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着银河(hé)系进行移动(dòng)，那么如(rú)果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的(de)速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的(de)时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方向是(shì)一致的，而另外(wài)半年(nián)则与之(zhī)相反。

而(ér)在(zài)6月(yuè)份的时候(hòu)，地球与太(tài)阳(yáng)的方向正好达(dá)到完全一致(zhì)，这是(shì)理论上(shàng)地(dì)球穿越(yuè)暗(àn)物质(zhì)流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达(dá)到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现了(le)60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来(lái)解释，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信号。当然(rán)也可(kě)能有其他的情况，造成这种年度周期信号的(de)差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连(lián)意大利游客的数量也符(fú)合(hé)这个周(zhōu)期的规律。

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所(suǒ)以，科(kē)学(xué)家(jiā)们又在(zài)南半球建立(lì)了一(yī)个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与(yǔ)之前的实(shí)验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗(àn)物(wù)质流的(de)运动特征和第一个(gè)实(shí)验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可(kě)以(yǐ)得(dé)到相同的(de)信号，就可(kě)以成为暗物质所(suǒ)存在(zài)的(de)非(fēi)常(cháng)有力的(de)证据(jù)了。但(dàn)是(shì)由(yóu)于这个(gè)实验室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还无法提供相应(yīng)的数据(jù)支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视(shì)场仪(yí)器(qì)提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途(tú)就是探索(suǒ)暗物质背后的(de)奥(ào)秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物(wù)理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极(jí)有可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生命的诞生(shēng)，或(huò)者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会(huì)不会意味着人类并不孤(gū)单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的(de)大前提是要先找到(dào)暗物质(zhì)存在的实际(jì)证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物质到底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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