宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟是什(shén)么？人(rén)类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们(men)在过(guò)去的几十年当中进行了超过(guò)50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何的(de)有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体(tǐ)运动的规(guī)律。往后的几(jǐ)百年来(lái)，当天文学(xué)家们发现某些天(tiān)体运行轨道(dào)出现异(yì)常，不符合万有引力定律的时候，他们(men)就(jiù)会知道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知的天体通过(guò)引(yǐn)力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就(jiù)通过(guò)天王星(xīng)运行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的发现都是应用万有引力定律所取得(dé)重大天(tiān)文成(chéng)就的例(lì)子(zi)。但是这(zhè)些发现都是在恒星系(xì)统的尺度(dù)当(dāng)中(zhōng)，可当(dāng)我们上升(shēng)到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究(jiū)和测量后(hòu)发星(xīng)系团的质(zhì)量。这是一个(gè)由数千个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被(bèi)引力(lì)束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系团的质量(liàng)一(yī)般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果一(yī)致，就可(kě)以确定(dìng)其质量(liàng)的范围。

第一(yī)种是(shì)获得其"光(guāng)度学的(de)质量"，需要(yào)的数据是测量各个(gè)星(xīng)系(xì)的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计(jì)算(suàn)，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速度(dù)。当测(cè)量结果出来(lái)之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后发座星系(xì)团有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或(huò)者说这99%的质量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的(de)形式所存(cún)在，我们无(wú)法(fǎ)看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星(xīng)系的(de)速度比理论(lùn)上要快得多，按(àn)照牛(niú)顿的(de)运动(dòng)学定律，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星系(xì)的(de)质量所产生的引力是(shì)无法将它(tā)们(men)束缚(fù)在(zài)星系团内的，它们(men)早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的力(lì)量在起作用(yòng)，这种力量来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的(de)暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却(què)占据(jù)着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的(de)人们对这(zhè)样的(de)一(yī)种说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心(xīn)越远的(de)恒(héng)星在其轨道上(shàng)的运行速度就会(huì)越慢(màn)。但是他们观(guān)测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可(kě)是根据牛顿(dùn)的万有引力定律(lǜ)，在星系(xì)当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当(dāng)中了(le)。基于这(zhè)种(zhǒng)现(xiàn)象，科(kē)学家们会使用一种相对标准的方(fāng)法来解释暗(àn)物质的(de)存在，这(zhè)种方法就是测量星系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距(jù)离(lí)，以及(jí)在(zài)Y轴上气(qì)体的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜(jìng)测(cè)量(liàng)了距离星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河(hé)系的第(dì)三悬臂之上，距离(lí)银(yín)河系中心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引力(lì)定律进行(xíng)计算，太阳系的运(yùn)行速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论速(sù)度，那么产生(shēng)以上这种向心加速(sù)度(dù)的原因(yīn)很可能(néng)就(jiù)是存在着一种我们看不(bù)到的(de)物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效应将星(xīng)系聚(jù)集在了一起。

也(yě)是从这(zhè)时开(kāi)始，越来越(yuè)多的研究(jiū)人员开始相信暗(àn)物(wù)质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度(dù)，估算在(zài)星系当中(zhōng)暗(àn)物质的质量占整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解(jiě)释(shì)这个(gè)现(xiàn)象的原(yuán)因(yīn)。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度(dù)上的微小差异。另(lìng)外，天文学家(jiā)还(hái)发现(xiàn)了(le)一个反常的星系，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(zhōng)存在(zài)的恒星数量却只有银河系的(de)千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该(gāi)星系必须(xū)存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了(le)40个(gè)小(xiǎo)时的(de)详细测(cè)量之后，发(fā)现星系中的(de)恒星运动是可以用正常的物质(zhì)和(hé)力学定律(lǜ)来(lái)解释的。那(nà)么又有(yǒu)人提(tí)出，也(yě)许该星(xīng)系的暗物(wù)质，已经被(bèi)附近(jìn)的另一(yī)个大星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪(guài)的(de)是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造(zào)成这(zhè)些现象的除了暗物质的(de)假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还不够全(quán)面，引力(lì)很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行(xíng)星系(xì)尺度(dù)中的(de)天(tiān)体会(huì)沿着它们(men)的轨道，按照我们所理解的(de)方式(shì)运动(dòng)。但是(shì)上升到(dào)星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互(hù)作(zuò)用则是不同的(de)方式(shì)。对于(yú)在星系团之间的(de)相互(hù)作用，科学家还引入(rù)了外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的(de)是在(zài)数百万光(guāng)年的规模(mó)上，巨大的质量之间会(huì)产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味(wèi)着我们需要对现在的(de)物(wù)理定律进行修(xiū)正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的(de)星系团(tuán)所(suǒ)组(zǔ)成，类似这(zhè)样的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大(dà)幅(fú)降低。所以(yǐ)在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有(yǒu)这些(xiē)气体所在的中间(jiān)区域。那么(me)我们通过什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不(bù)是集中在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第(dì)一(yī)张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地(dì)看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其(qí)实这(zhè)些星系本身并不是(shì)真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和(hé)我们(men)地球上的观(guān)测者之(zhī)间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西(xī)的(de)引力，会使身后更遥(yáo)远星(xīng)系的光都发生(shēng)了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜(jìng)效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹(dàn)星系团观测的时(shí)候，发现它的(de)大质量区域并不(bù)是在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以(yǐ)最好(hǎo)的解(jiě)释方法就是当(dāng)星(xīng)团发生全(quán)部(bù)的碰撞时，可(kě)被观测(cè)到的(de)质量(liàng)气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过(guò)了(le)这个区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜(jìng)。对子(zi)弹星(xīng)系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可见光终于可(kě)以畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后，这(zhè)些光在(zài)宇(yǔ)宙空间背(bèi)景上(shàng)留下了(le)各(gè)相同性(xìng)的(de)微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对(duì)较冷的(de)区域(yù)，但实际上它们之间的(de)温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景分离后的(de)二值图像进行连通域提(tí)取和标记(jì)之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看(kàn)起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测(cè)量值，我们(men)需要(yào)的暗物质大约是普通物质的(de)5倍(bèi)。这个数字与解(jiě)释星系当(dāng)中恒星运动(dòng)所需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的(de)理论框架，就(jiù)很好地(dì)解释了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质(zhì)的本(běn)质(zhì)就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所(suǒ)以如(rú)果能够找到这种(zhǒng)粒(lì)子(zi)的存在，就相(xiāng)当(dāng)于找到了暗(àn)物(wù)质存在的(de)实际证据。这种粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大(dà)的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一(yī)个(gè)三(sān)层(céng)楼高的探测器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗(àn)物质粒(lì)子(zi)的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年(nián)当中每年都(dōu)是一样。一些科(kē)学家(jiā)认(rèn)为这可(kě)能是(shì)人(rén)类发(fā)现暗物质的第(dì)一个直接(jiē)证据画的作者是谁 画的作者是高鼎吗(jù)。

但是为什么(me)暗物质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在(zài)以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行(xíng)移动(dòng)，那么如果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速度在(zài)穿越着暗物质流(liú)，这个过程(chéng)中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时(shí)间，地球(qiú)围绕太(tài)阳(yáng)的方向与太阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到(dào)完全一致，这(zhè)是理论上(shàng)地(dì)球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不(bù)影响(xiǎng)这个(gè)理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为这可以用来解(jiě)释，研(yán)究人员们所观(guān)测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度(dù)周(zhōu)期信(xìn)号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游客的(de)数(shù)量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗(àn)物质(zhì)流的运动(dòng)特(tè)征和第(dì)一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所(suǒ)存(cún)在的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜(jìng)，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的(de)主(zhǔ)镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪(yí)器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中(zhōng)一个关键的(de)用途就是探索暗物质背(bèi)后的(de)奥秘，对于(yú)探(tàn)测的结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭(shì)目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物(wù)理中心(xīn)的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特芬研(yán)究发现，如果暗物质存(cún)在，它(tā)们极有(yǒu)可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化(huà)的一个重要因(yīn)素(sù)。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到(dào)进(jìn)一步的证(zhèng)实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当中的(de)暗物(wù)质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在(zài)通过这样的(de)效应创造生(shēng)命。当然，这(zhè)些推论(lùn)的大前(qián)提是要先找到暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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