宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在(zài)的证据，科学(xué)家们(men)在过去的几十年当中(zhōng)进行(xíng)了超过50次的(de)长期(qī)实验，但是却没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学(xué)原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定(dìng)律，它揭示(shì)了宇宙中天体运(yùn)动(dòng)的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来(lái)，当天文学家们(men)发现某些天体运(yùn)行(xíng)轨道出现异常，不符合(hé)万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)的时候，他们就会(huì)知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知(zhī)的(de)天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发现都(dōu)是应用万(wàn)有引力定(dìng)律所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这些发(fā)现都(dōu)是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当(dāng)我们上升(shēng)到星系或者(zhě)是星团的(de)尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究(jiū)和测量后发星系团的(de)质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引力(lì)束(shù)缚在一起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测(cè)量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学(xué)质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个星(xīng)系相对于星(xīng)系团的运动速度。当(dāng)测量结(jié)果出(chū)来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星(xīng)系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所(suǒ)存在，我们(men)无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团中很多星系(xì)的(de)速(sù)度比(bǐ)理(lǐ)论上(shàng)要(yào)快得多，按照牛顿的(de)运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的引力是无法将它们束(shù)缚(fù)在星系(xì)团内的，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛出(chū)星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的力量(liàng)在(zài)起(qǐ)作(zuò)用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这(zhè)样的(de)一(yī)种说(shuō)法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗(àn)物(wù)质”这(zhè)个词才再一次出现。天(tiān)文(wén)学(xué)家维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在观测仙(xiān)女座星系(xì)中的(de)恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上(shàng)来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道(dào)上的(de)运行速度(dù)就(jiù)会越(yuè)慢。但是他们(men)观测的(de)结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距(jù)离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引力定律，在(zài)星(xīng)系(xì)当(dāng)中如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的(de)恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科(kē)学家们会(huì)使(shǐ)用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗(àn)物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中心(xīn)的(de)距离，以及在(zài)Y轴上气体的(de)旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗(àn)物质的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳(yáng)系位(wèi)于(yú)银河系(xì)的(de)第(dì)三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银(yín)河(hé)系旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远远大于理(lǐ)论速(sù)度，那么产生以上这种向心加速度的原因(yīn)很可能(néng)就是(shì)存在着(zhe)一种我们(men)看不到的(de)物质，是这(zhè)些暗物(wù)质(zhì)的引力(lì)效应将星系(xì)聚集在(zài)了一起。

也是从(cóng)这时开(kāi)始，越来越多的研究(jiū)人员(yuán)开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系(xì)外恒(héng)星轨道的速度(dù)，估算在星系(xì)当中暗物质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一(yī)可(kě)以解(jiě)释这个现象的原因(yīn)。在(zài)一项(xiàng)新的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也(yě)会出(chū)现速度(dù)上的(de)微(wēi)小差异。另外，天文学家(jiā)还发(fā)现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地球大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分(fēn)之一(yī)。

所以(yǐ)在理论(lùn)上(shàng)，该星系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用(yòng)最先进的望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了(le)40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现(xiàn)星系中的(de)恒星运动是(shì)可(kě)以用(yòng)正常(cháng)的物(wù)质和(hé)力学(xué)定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也(yě)许(xǔ)该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大(dà)星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪(guài)的(de)是(shì)，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成这些现象(xiàng)的除(chú)了(le)暗(àn)物质的假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是(shì)人类对(duì)引力的(de)理解还不(bù)够全面，引(yǐn)力(lì)很(hěn)可能在不同(tóng)尺(chǐ)度(dù)空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的(de)轨道，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不(bù)同的方式。对于在(zài)星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了(le)外部场效应的(de)概(gài)念，指(zhǐ)的(de)是在(zài)数(shù)百万光年的规(guī)模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的(de)效果(guǒ)，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这(zhè)意味着我(wǒ)们需要对现在(zài)的(de)物理(lǐ)定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多(duō)人认(rèn)为暗物质假说(shuō)理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于(yú)暗(àn)物(wù)质存(cún)在(zài)的(de)其他(tā)的(de)理(lǐ)论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没(méi)法(fǎ)解(jiě)释(shì)的(de)“引力透镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这(zhè)样的星团，它们大部(bù)分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系(xì)团大部(bù)分的质量将位于(yú)所有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我们通(tōng)过什(shén)么来验证它的质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间(jiān)呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些(xiē)星(xīng)系本(běn)身并不是(shì)真的(de)被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么(me)问(wèn)题(tí)，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上(shàng)的观测者之间(jiān)。被(bèi)一(yī)个质(zhì)量超级(jí)巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质(zhì)量的黑(hēi)洞或者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们对(duì)子(zi)弹(dàn)星系团观测的时候，发(fā)现(xiàn)它的大质量区(qū)域并不(bù)是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过(guò)了(le)这个区域(yù)，并在两(liǎng)边形成了(le)引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系团的(de)引力(lì)透镜研(yán)究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还(hái)有来自(zì)宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过了(le)130多(duō)亿年(nián)之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性(xìng)的微波辐射。其(qí)中红色(sè)的部分表(biǎo)示温度(dù)较高的区域，蓝色(sè)则表示(shì)相对(duì)较冷的区域(yù)，但实际上(shàng)它们之(zhī)间的温差只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科学家(jiā)们(men)通(tōng)过(guò)对(duì)前景背景分离后(hòu)的二(èr)值(zhí)图像进(jìn)行(xíng)连通域(yù)提取和标记之(zhī)后发(fā)现，如(rú)果宇宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质(zhì)，图形看(kàn)起(qǐ)来(lái)不应(yīng)该是这样的，而随(suí)着暗物质的增(zēng)加，一些(xiē)峰(fēng)值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测(cè)量值，我们(men)需(xū)要的暗物质(zhì)大约是(shì)普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒(héng)星(xīng)运动所需要的(de)暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了(le)一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解(jiě)释(shì)了很多(duō)不(bù)同的观测结果。而暗物(wù)质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存在着某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够(gòu)找到这(zhè)种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。这种粒(lì)子(zi)到底(dǐ)是(shì)什(shén)么(me)？科学(xué)家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻(xún)找这些不(bù)同的目标粒子(zi)所需(xū)要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中(zhōng)，人(rén)类为了寻(xún)找这(zhè)些看不见、摸不(bù)到(dào)，几乎(hū)不会与常规物(wù)质相互作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科学家们(men)已经(jīng)进行了(le)超(chāo)过50次的实验(yàn)，却(què)没有(yǒu)任(rèn)何(hé)实(shí)质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三(sān)层楼高的(de)探(tàn)测(cè)器，一直致力于寻找暗(àn)物(wù)质粒子(zi)的周(zhōu)期(qī)性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里(lǐ)的(de)科学家声称观测到(dào)了某种信号(hào)。经过了20多(duō)年的数据收(shōu)集，人们发(fā)现了一(yī)个有趣(qù)的(de)事情(qíng)。探测率会(huì)在(zài)每年的(de)6月份(fèn)达(dá)到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在(zài)20年当中(zhōng)每年都是(shì)一样(yàng)。一些科(kē)学家(jiā)认(rèn)为这可能是人类发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是为什么(me)暗物(wù)质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系(xì)正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着(zhe)我们也在以(yǐ)这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡(dàng)，同时(shí)地球(qiú)又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河(hé)系的方(fāng)向是(shì)一致的，而另外半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面(miàn)呈(chéng)现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科(kē)学(xué)家认(rèn)为这可以用来(lái)解释(shì)，研究人(rén)员们(men)所观测到的(de)周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成(chéng)这种年度周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至连意(yì)大利(lì)游客(kè)的数量(liàng)也符合这个周(zhōu)期的规(guī)律。

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所以，科学(xué)家们又(yòu)在南半(bàn)球建立(lì)了一个(gè)几乎相同的(de)实验室，这里的(de)季(jì)节与之前的实验室正(zhèng)好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和第(dì)一(yī)个实验室是(shì)一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里(lǐ)可(kě)以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截(jié)至目前还(hái)无法提供相应(yīng)的(de)数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视(shì)场仪器(qì)提(tí)供的视野是哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜其中一个关键的用途(tú)就(jiù)是探索暗物(wù)质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实(shí)验室(shì)粒子(zi)天体物(wù)理中心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物(wù)质(zhì)存在，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的(de)效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生(scow的复数怎么写的，cow的复数英语怎么读hēng)，或者说是(shì)生(shēng)命进(jìn)化的一(yī)个重要因素。

如(rú)果(guǒ)这(zhè)一(yī)理(lǐ)论得到进一(yī)步(bù)的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的(de)暗物质(zhì)会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正在通过(guò)这样的效应创造生(shēng)命(mìng)。当然(rán)，这(zhè)些(xiē)推论的大前提是要先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的(de)支持是(shì)我更新的动(dòng)力！

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