宇宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为(wèi)何会存在科(kē)学无法(fǎ)解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是(shì)什么？人类(lèi)为了(le)寻(xún)找暗物质存在的(de)证据，科学(xué)家们(men)在过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期实(shí)验，但是却没(méi)有发现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万(wàn)有引力定律，它揭示(shì)了(le)宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体运行(xíng)轨(guǐ)道(dào)出(chū)现异(yì)常，不符合(hé)万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过(guò)天(tiān)王星运(yùn)行轨道的异常，推算(suàn)并且(qiě)发现了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万(wàn)有引力(lì)定律所取得(dé)重大天文成就(jiù)的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升(shēng)到星系或者是星团(tuán)的(de)尺度(dù)，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发星系团的(de)质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引(yǐn)力束缚(fù)在一起。测量星系(xì)团的质(zhì)量一般(bān)会使(shǐ)用到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围。

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

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测(cè)量(liàng)星系团(tuán)中的各个星(xīng)系相对(duì)于星(xīng)系(xì)团的运动速度(dù)。当测量结(jié)果出(chū)来(lái)之后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后发座星系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可见光的形式(shì)所存在，我们无法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在(zài)测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星(xīng)系团(tuán)中很多星系的速度比理论上要(yào)快(kuài)得(dé)多(duō)，按(àn)照牛(niú)顿(dùn)的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可(kě)见(jiàn)星系(xì)的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束(shù)缚在星系(xì)团内的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此，兹维基(jī)提出了这(zhè)样部分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它(tā)们(men)却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的质(zhì)量。只是当时(shí)的(de)人们(men)对这(zhè)样的一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才(cái)再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特(tè)在观(guān)测仙(xiān)女座(zuò)星系中的恒星(xīng)运动。理论上来(lái)说，距(jù)离中心越远的恒星在(zài)其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他们观测的(de)结果却让人感到(dào)不可思(sī)议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎(hū)保(bǎo)持不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足(zú)够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们(men)会(huì)使用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测量(liàng)星(xīng)系当(dāng)中气体在(zài)X轴上距离星(xīng)系中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗(àn)物质的(de)力(lì)量(liàng)进入其中。

于是科学家们(men)通过射(shè)电(diàn)望(wàng)远镜测量了(le)距离星系中心(xīn)更(gèng)远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)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(zhī)上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引(yǐn)力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围(wéi)绕银(yín)河(hé)系旋转，这个(gè)实际速(sù)度(dù)远(yuǎn)远大(dà)于理论(lùn)速度，那么(me)产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就是存在(zài)着(zhe)一种我们看不到的(de)物质，是(shì)这些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量(liàng)占整(zhěng)个星系(xì)质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质(zhì)并(bìng)不是唯一可(kě)以解释这(zhè)个(gè)现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中(zhōng)，科学家(jiā)们(men)发现，几乎(hū)没(méi)有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会(huì)出现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异(yì)。另外(wài)，天文学(xué)家(jiā)还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个电热毯可以水洗吗，电热毯怎么清洗星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银河系(xì)不多，但是星系(xì)当中存在(zài)的恒星数(shù)量却只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星(xīng)系必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家们(men)使(shǐ)用最先进的望远(yuǎn)镜对(duì)其进行(xíng)了(le)40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒(héng)星运动是可以用正(zhèng)常的物质和(hé)力学定律来解释的。那(nà)么又有人(rén)提出，也许该星系的暗物(wù)质(zhì)，已经被附近的另(lìng)一(yī)个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近没有任何星系(xì)存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗(àn)物质的(de)假说之(zhī)外，另一种可能就(jiù)是人类对(duì)引力的理解还不够全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度空(kōng)间中的工作方式是(shì)不同(tóng)的，这意(yì)味着在行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们(men)的轨(guǐ)道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但是上升到星(xīng)系和(hé)星(xīng)团(tuán)的(de)尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的(de)相互(hù)作用则是(shì)不同的方式。对于(yú)在(zài)星系团之间的相互作用，科学家(jiā)还引入了外部场效应的(de)概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很(hěn)多(duō)人认为暗物(wù)质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)还(hái)有关于暗物质存在(zài)的其(qí)他的(de)理论证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量(liàng)都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会(huì)导致温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量(liàng)将位于(yú)所有这些(xiē)气(qì)体所在的(de)中(zhōng)间区域。那么(me)我们通过(guò)什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在(zài)照片中我们可以明(míng)显地看到很多(duō)星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的(de)形变。其实(shí)这些(xiē)星系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出(chū)了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天(tiān)体和(hé)我们地球上的观(guān)测(cè)者之间。被(bèi)一个质量超级巨大(dà)的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身后(hòu)更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这个(gè)现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超(chāo)大(dà)质(zhì)量的黑洞或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人(rén)们对(duì)子弹星(xīng)系团(tuán)观测的时(shí)候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发(fā)生全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透(tòu)镜研究也被认(rèn)为是(shì)暗物质(zhì)存(cún)在的迄(qì)今为(wèi)止(zhǐ)最好的(de)理(lǐ)论(lù电热毯可以水洗吗，电热毯怎么清洗n)证据。

除此之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同(tóng)性的微(wēi)波辐(fú)射。其中红色的(de)部(bù)分(fēn)表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上(shàng)它们之间(jiān)的温差只有万(wàn)分之一。

科学(xué)家们(men)通过对前(qián)景背(bèi)景分(fēn)离后的二值图像(xiàng)进(jìn)行连通(tōng)域(yù)提取和(hé)标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗(àn)物质，图形看(kàn)起来不(bù)应该是这样的，而随着暗(àn)物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰值的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架(jià)，就很好地解释了很多不同(tóng)的(de)观测(cè)结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某种类型的粒(lì)子，它们(men)不参(cān)与任何(hé)其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相(xiāng)互(hù)作用。所以如果能(néng)够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当(dāng)于(yú)找到了暗物质(zhì)存在(zài)的(de)实际(jì)证据。这种粒(lì)子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了(le)数十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不同的(de)目标粒子所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在(zài)过去的几十年(nián)当中，人类(lèi)为了(le)寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质(zhì)相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已经进(jìn)行(xíng)了超过50次(cì)的实验，却没有任何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地(dì)学实(shí)验室，这(zhè)个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三(sān)层楼(lóu)高的(de)探测器，一直致(zhì)力(lì)于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子(zi)的周(zhōu)期(qī)性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这里的科(kē)学家声(shēng)称观(guān)测到了某种信号(hào)。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发(fā)现了(le)一个有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当(dāng)中每年都(dōu)是一样。一些(xiē)科学(xué)家认为这可能是人(rén)类发现暗物质的第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但(dàn)是为什么暗物(wù)质会产生(shēng)周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着(zhe)我们也在以(yǐ)这样的(de)速度在穿越着暗物质流(liú)，这个(gè)过(guò)程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的(de)方(fāng)向(xiàng)是一致(zhì)的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快(kuài)的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系(xì)相对(duì)银河(hé)系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理(lǐ)论的(de)有效性。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人员们(men)所观(guān)测到的(de)周期性(xìng)信号。当(dāng)然(rán)也可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信(xìn)号的差异也(yě)可能是温度(dù)、湿度、土壤中的(de)水分(fēn)、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又在南半球建立(lì)了一个(gè)几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与(yǔ)之前的实(shí)验室正好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的运动(dòng)特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如(rú)果在这里可以(yǐ)得到相同的(de)信号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物质(zhì)所存(cún)在(zài)的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成(chéng)不久，所以截至(zhì)目前还(hái)无法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一(yī)台新的(de)望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做(zuò)“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键的(de)用途就是探索暗(àn)物质(zhì)背后的(de)奥秘，对于探测的(de)结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理(lǐ)中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物质存(cún)在，它(tā)们极有可能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的(de)效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的(de)一(yī)个重要因素。

如果这(zhè)一(yī)理(lǐ)论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物(wù)质正在(zài)通(tōng)过(guò)这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提(tí)是要先找到暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力！

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