宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的(de)“暗物质”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是(shì)什么？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们在过去(qù)的几十年(nián)当(dāng)中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是(shì)却没(méi)有发现(xiàn)任何(hé)的(de)有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭(jiē)示了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道(dào)出(chū)现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄(shè)动(dòng)它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过(guò)天王(wáng)星运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道(dào)的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是(shì)应用(yòng)万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取(qǔ)得重(zhòng)大天文(wén)成(chéng)就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当中，可(kě)当我们上升到(dào)星(xīng)系(xì)或(huò)者(zhě)是星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基(jī)正在研究和测量后发(fā)星系(xì)团的质量。这(zhè)是(shì)一个由数千个星系所组成的巨(jù)大星(xīng)系团，这些星系(xì)被引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系团的质量一般会(huì)使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种方(fāng)法结果一致，就可以(yǐ)确定其(qí)质量的范围。

第(dì)一(yī)种是获得其"光度(dù)学的(de)质量"，需(xū)要的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各个星(xīng)系相(xiāng)对于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系(xì)团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们(men)无法看到。最诡异的(de)是，在测(cè)量速度的(de)过(guò)程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的速(sù)度比(bǐ)理论上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在星(xīng)系团内的，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星系(xì)团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样(yàng)部分不(bù)可见的(de)暗质，它不(bù)发(fā)散光、吸光、反射光，但是它(tā)们(men)却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人(rén)们对这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才再一次(cì)出现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的(de)恒星运动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中心越远的恒(héng)星(xīng)在其轨道上的(de)运行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人(rén)感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着(zhe)与(yǔ)中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎(hū)保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如(rú)果没有足够大(dà)的质(zhì)量来吸引它们(men)，这些外围(wéi)的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科(kē)学家们(men)会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这(zhè)种方法就是(shì)测(cè)量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的(de)力量进入其中。

于是科(kē)学家(jiā)们通过射电(diàn)望远镜测(cè)量(liàng)了距离星(xīng)系中(zhōng)心更远距离的氢元素(sù)，发现它们(men)的(de)旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛顿的力(lì)学定律。我们(men)的(de)太(tài)阳系(xì)也不例外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千(qiān)米/秒的速(sù)度围绕银(yín)河系旋转，这个实(shí)际速(sù)度远远大(dà)于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的(de)原因很可能就是存在着一(yī)种我们看不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星(xīng)系聚集(jí)在了一(yī)起。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越来越(yuè)多的研(yán)究(jiū拉斯维加斯在美国的哪个地方 拉斯维加斯是沙漠城市吗)人员开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根(gēn)据星系外恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估算(suàn)在星系(xì)当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不(bù)是唯一(yī)可(kě)以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当中，科学家(jiā)们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也(yě)会出现速度上的(de)微小差异(yì)。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银河系不多，但(dàn)是星系(xì)当(dāng)中(zhōng)存在(zài)的恒(héng)星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在(zài)暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最(zuì)先进的望远镜(jìng)对其(qí)进(jìn)行了40个小时的详细测(cè)量之(zhī)后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用(yòng)正常(cháng)的(de)物质和力学定律来解释的。那(nà)么又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的(de)暗物质，已经被(bèi)附(fù)近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不(bù)同(tóng)尺度(dù)空间中的工作方式(shì)是不同(tóng)的，这意味(wèi)着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是(shì)上升到星系和星团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相互(hù)作用则是不(bù)同的(de)方式(shì)。对于在星系团之间的相互(hù)作(zuò)用(yòng)，科(kē)学家还(hái)引(yǐn)入了(le)外部场效(xiào)应(yīng)的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在(zài)的(de)物理定律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发现也让(ràng)很多人(rén)认(rèn)为暗物质假说理论就(jiù)此(cǐ)终结(jié)。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其他(tā)的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德(dé)理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们(men)大部分(fēn)的普通(tōng)质量都在星系(xì)的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的相互作用(yòng)就(jiù)会(huì)导致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质(zhì)量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什(shén)么来验证它(tā)的质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地(dì)看到很多星系似乎(hū)被(bèi)拉伸产生了(le)巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不是真的(de)被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了(le)什(shén)么问题，而(ér)是这(zhè)样极遥(yáo)远的天体和(hé)我们地球上(shàng)的观测者(zhě)之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质(zhì)量(liàng)的东西的引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远星系的光(guāng)都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大(dà)质量的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人们对(duì)子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质(zhì)量区域(yù)并不是在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释(shì)方法就是当星团(tuán)发生全部的(de)碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到的(de)质量气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对(duì)子(zi)弹星(xīng)系团的引力透镜(jìng)研究也(yě)被(bèi)认(rèn)为(wèi)是暗(àn)物(wù)质存在的迄(qì)今为(wèi)止最好(hǎo)的(de)理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越(yuè)在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留下了各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐射。其中(zhōng)红色的(de)部分表示温度较(jiào)高(gāo)的(de)区(qū)域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但实(shí)际上它们(men)之(zhī)间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家们通(tōng)过(guò)对前(qián)景背(bèi)景(jǐng)分离后(hòu)的二(èr)值图像进行连通域提(tí)取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形看起来(lái)不(bù)应该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质(zhì)大(dà)约是普通物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字(zì)与解释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动所需(xū)要的暗物质比例是一(yī)致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的(de)理论(lùn)框架，就很好地解释了很多不同的(de)观测(cè)结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它们不参(cān)与任何其他的(de)电磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够(gòu)找到这(zhè)种粒(lì)子(zi)的存在，就相当(dāng)于(yú)找到了暗(àn)物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是(shì)什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒(lì)子所需要的实(shí)验方式也不相同。在过(guò)去的几十(shí)年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规(guī)物质相互作(zuò)用的“暗(àn)物(wù)质”，科学(xué)家(jiā)们已经进行了(le)超过50次(cì)的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室(shì)，这个(gè)实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)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子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学家声称(chēng)观测(cè)到了某(mǒu)种信号。经过(guò)了20多年(nián)的(de)数(shù)据收集，人(rén)们(men)发现了一个有(yǒu)趣的事情(qíng)。探测率(lǜ)会在每年的6月份达(dá)到峰值，然后在(zài)11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一些科学家认为(wèi)这可能是(shì)人(rén)类发现暗物质(zhì)的第(dì)一个(gè)直(zhí)接(jiē)证据(jù)。

但是(shì)为什么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么(me)如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以(yǐ)这样的(de)速(sù)度在穿越着(zhe)暗物质(zhì)流(liú)，这个过程(chéng)中会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的(de)方向与太阳(yáng)环(huán)绕(rào)银河(hé)系的方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另外(wài)半年则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上(shàng)地球穿(chuān)越暗物(wù)质流(liú)最快的时段。而在(zài)11月份(fèn)，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实际(jì)的情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这可以(yǐ)用来解(jiě)释，研究人员们(men)所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其他(tā)的(de)情况，造成这种年(nián)度周(zhōu)期(qī)信号的差异也可能是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至(zhì)连(lián)意(yì)大(dà)利游客的数量也(yě)符合这个(gè)周期的(de)规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在(zài)这里(lǐ)，地球(qiú)穿过(guò)暗物质流的运(yùn)动特征和第一个实验室是一样的(de)。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物(wù)质会不会意(yì)味着(zhe)人类并不(bù)孤单呢？或(huò)许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应(yīng)创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要先找到暗(àn)物(wù)质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到(dào)底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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