宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的？为何(hé)会存在科学无(wú)法解释(shì)的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过去的几十年当(dāng)中进行了超过(guò)50次的(de)长期实(shí)验，但(dàn)是却没有发现任何的有(yǒu)效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自(z料酒可以用白酒替代吗，料酒可以用白酒替代吗ì)然哲学数(shù)学(xué)原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力(lì)定(dìng)律，它揭示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运动的(de)规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文(wén)学家们发现(xiàn)某(mǒu)些天体运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时(shí)候，他(tā)们就会知(zhī)道(dào)，周(zhōu)围一定(dìng)有(yǒu)未知(zhī)的天体通过(guò)引(yǐn)力(lì)在摄动(dòng)它(tā)的轨道(dào)。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是(shì)应用(yòng)万(wàn)有(yǒu)引力定律所取得(dé)重大天(tiān)文成就的例子(zi)。但是(shì)这些(xiē)发现都是在恒(héng)星(xīng)系统的(de)尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我们上升到星系(xì)或者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研(yán)究和测量后发星系(xì)团的质量(liàng)。这(zhè)是(shì)一个由数(shù)千个星系所组成的(de)巨大星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会(huì)使用(yòng)到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确(què)定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个(gè)星(xīng)系的光(guāng)度。

第(dì)二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对于星系团的(de)运动速度。当测(cè)量结(jié)果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发(fā)座星(xīng)系团有99%的(de)质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是(shì)，在测量速度(dù)的(de)过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很(hěn)多星系的速度(dù)比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们(men)束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之外了(le)，除非有一种神秘(mì)的力(lì)量在起(qǐ)作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的(de)物(wù)质(zhì)。

据(jù)此(cǐ)，兹(zī)维基提出(chū)了(le)这样部(bù)分不可见(jiàn)的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量(liàng)。只是当时(shí)的(de)人们对这样(yàng)的(de)一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词(cí)才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中(zhōng)的(de)恒(héng)星运动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离中心越远的(de)恒星在(zài)其轨道(dào)上的(de)运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的结(jié)果却(què)让人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随着与中心距离(lí)的(de)增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的(de)万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够大的(de)质(zhì)量(liàng)来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的(de)存在(zài)，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质的(de)力量进入(rù)其(qí)中。

于是科学家(jiā)们通过(guò)射(shè)电望远镜测量了距(jù)离星系中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度并不符(fú)合牛(niú)顿的力学定律。我(wǒ)们(men)的太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年(nián)，根(gēn)据万有引力定律进行(xíng)计(jì)算(suàn)，太阳(yáng)系(xì)的(de)运行(xíng)速(sù)度(dù)应该是(shì)160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围(wéi)绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远(yuǎn)远大于(yú)理论速度，那么产(chǎn)生(shēng)以上这种向心加速度的(de)原因很可能就(jiù)是(shì)存在着(zhe)一种我们(men)看不(bù)到(dào)的物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力(lì)效应将星系聚集在了(le)一起。

也(yě)是从这时开始，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物质的(de)质量占整个星系质(zhì)量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的(de)原因。在一项新的(de)研究当(dāng)中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效(xiào)应的(de)遥远(yuǎn)恒(héng)星(xīng)之(zhī)间，也会出(chū)现速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家还发(fā)现(xiàn)了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系(xì)当(dāng)中存在的恒星数量却只有银(yín)河系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须(xū)存在暗物(wù)质，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其(qí)进(jìn)行了40个(gè)小时的(de)详细测量之后，发现星系中的恒(héng)星(xīng)运动是(shì)可以用(yòng)正常的物质和力学定律来解(jiě)释的(de)。那么又有人提出(chū)，也(yě)许该星系的暗(àn)物(wù)质，已经被附近的(de)另一(yī)个大星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任(rèn)何星系存在(zài)。造成这些现象的除了(le)暗物质(zhì)的假说之(zhī)外(wài)，另一(yī)种可能就是人类对(duì)引力(lì)的(de)理解还不够全面，引力很(hěn)可能在(zài)不同尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这意(yì)味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会(料酒可以用白酒替代吗，料酒可以用白酒替代吗huì)沿着(zhe)它(tā)们的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式运动。但是上(shàng)升(shēng)到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在星系(xì)团(tuán)之间的(de)相互作用，科学家还引入了外部场效应的概(gài)念，指(zhǐ)的(de)是(shì)在数(shù)百万光年(nián)的规模(mó)上(shàng)，巨大的(de)质量之间会(huì)产(chǎn)生对彼此特(tè)殊(shū)的效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意(yì)味着我们需(xū)要对现在的物理定律进行修正，这(zhè)些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其他的理论证据，这(zhè)些(xiē)理(lǐ)论(lùn)证据是蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论(lùn)所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹(dàn)星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的(de)星系团所组成(chéng)，类似这样的(de)星团，它(tā)们大部分(fēn)的(de)普通质(zhì)量(liàng)都在(zài)星系的气体当中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的(de)时候，星际气(qì)体的相互作用就(jiù)会(huì)导致温度(dù)的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所(suǒ)在(zài)的中间区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的(de)质量区域到底(dǐ)是不是(shì)集中在中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在(zài)照片(piàn)中(zhōng)我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形变(biàn)。其实这些(xiē)星(xīng)系本身(shēn)并不(bù)是真的被扭曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么(me)问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上(shàng)的观测者(zhě)之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星系(xì)的(de)光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可(kě)能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人(rén)们(men)对子弹星(xīng)系团观测(cè)的(de)时候(hòu)，发现它的大质量区域并不(bù)是在(zài)中间(jiān)，而(ér)是在两侧(cè)。所以最(zuì)好的解释方法就是当星团发生全部的(de)碰(pèng)撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接通过了这(zhè)个区域(yù)，并在两边(biān)形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下(xià)了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的(de)部(bù)分表示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但实际上它们之间(jiān)的温(wēn)差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背景(jǐng)分离(lí)后的二值(zhí)图像进行连(lián)通(tōng)域(yù)提(tí)取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物(wù)质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解释星系当(dāng)中恒星(xīng)运动(dòng)所(suǒ)需要的暗(àn)物质比(bǐ)例(lì)是(shì)一致的。这就意味着。

用了(le)一个简单的理论(lùn)框架，就很好地解释了很(hěn)多(duō)不同的(de)观测(cè)结果。而暗物质(zhì)的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其他的(de)电(diàn)磁作用，只通过引(yǐn)力(lì)来(lái)相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子(zi)的(de)存在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到(dào)了(le)暗(àn)物(wù)质存在的实际证据。这种粒(lì)子到(dào)底是什么？科学(xué)家(jiā)们已经提出(chū)了(le)数十种的(de)假想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同(tóng)的目标粒(lì)子(zi)所需要的实验方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中(zhōng)，人(rén)类为(wèi)了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们已(yǐ)经进行了(le)超(chāo)过50次的实验，却(què)没(méi)有任何实质性的(de)发现，除了一个地方(fāng)，意(yì)大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的地学实(shí)验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力(lì)于(yú)寻找暗物质粒子的(de)周期(qī)性震荡(dàng)。

自(zì)1997年(nián)以来(lái)，这里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经(jīng)过(guò)了20多年(nián)的数据收集，人们发(fā)现(xiàn)了一(yī)个(gè)有趣的事情。探测(cè)率会(huì)在每(měi)年(nián)的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最(zuì)低(dī)，而且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学(xué)家(jiā)认为这可能是人类(lèi)发现暗(àn)物(wù)质的第一个直接证据。

但是为什(shén)么(me)暗物质会产生周期性的年(nián)度信号(hào)呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了(le)太(tài)阳系(xì)正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如(rú)果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以这样的(de)速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时(shí)地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以(yǐ)有半年(nián)的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕(rào)银(yín)河系(xì)的方向是一致的，而另外半(bàn)年则(zé)与(yǔ)之相反。

而在6月份的(de)时(shí)候，地球与太(tài)阳的方向正好达(dá)到(dào)完全(quán)一致，这是(shì)理论上地球(qiú)穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了(le)最(zuì)慢值。尽管在实际的(de)情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系的平面呈(chéng)现了60度(dù)的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不(bù)影响这个(gè)理(lǐ)论的有效性。

因此科(kē)学家认为(wèi)这可以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观(guān)测到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他的情(qíng)况，造成这种年(nián)度周(zhōu)期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合这个周(zhōu)期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正(zhèng)好相反，而在(zài)这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实(shí)验室是一样的(de)。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存(cún)在的(de)非常有力的证据(jù)了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截(jié)至目前(qián)还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一(yī)台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜(jìng)相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一(yī)个关(guān)键的(de)用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探测的(de)结果，我们(men)只能(néng)拭目(mù)以待(dài)了。费(fèi)米实验室粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬研(yán)究发现，如果暗物(wù)质存(cún)在，它(tā)们(men)极有可能(néng)拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是(shì)生命进化的(de)一个(gè)重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人类并不(bù)孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个角落的行星上，暗(àn)物质(zhì)正在通过(guò)这样(yàng)的效应创造生命。当然(rán)，这些推论的大(dà)前提(tí)是要先找(zhǎo)到暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得(dé)暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的(de)动(dòng)力！

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