宇宙是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过(guò)去的(de)几十年当中(zhōng)进行了超过50次(cì)的长期实验，但是(shì)却没有发现任(rèn)何(hé)的(de)有效证据(jù)。除了一个(gè)地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几百年来，当天(tiān)文学家(jiā)们(men)发(fā)现某些(xiē)天体运行轨(guǐ)道(dào)出(chū)现异(yì)常，不符合万(wàn)有引力(lì)定律的时候，他(tā)们就(jiù)会知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过(guò)引(yǐn)力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天(tiān)王(wáng)星运行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是应用(yòng)万有(yǒu)引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的(de)例(lì)子。但是这些发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度(dù)当中，可当我们(men)上升(shēng)到星系或(huò)者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学(xué)家弗(fú)里茨兹威基(jī)正在研究和测量(liàng)后发星系(xì)团的质量(liàng)。这是一个由数千个(gè)星系所(suǒ)组成的巨大(dà)星系(xì)团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的质(zhì)量一般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当(dāng)两(liǎng)种(ze的1次方等于什么，e的1次方等于什么函数hǒng)方法(fǎ)结果一致，就可(kě)以确(què)定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其(qí)"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的(de)光度。

第二种是(shì)动力学质(zhì)量的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱(pǔ)红移测量星系(xì)团(tuán)中(zhōng)的各个(gè)星系相对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出来之(zhī)后(hòu)，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量”的(de)400倍。这(zhè)意(yì)味(wèi)着(zhe)，后发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消(xiāo)失了(le)，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的(de)形式所存在，我们(men)无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹(zī)威基(jī)发现星(xīng)系团中很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多(duō)，按(àn)照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的(de)引(yǐn)力是(shì)无法将它们(men)束缚在星(xīng)系团内的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神(shén)秘的力(lì)量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了(le)这(zhè)样部(bù)分不(bù)可见(jiàn)的(de)暗质，它不(bù)发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它(tā)们却占据(jù)着宇宙中绝大(dà)部(bù)分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个(gè)词(cí)才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁(lǔ)宾(bīne的1次方等于什么，e的1次方等于什么函数)和肯特福特(tè)在观测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行(xíng)速度(dù)就会越(yuè)慢。但是(shì)他们(men)观测的结果却让人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保(bǎo)持(chí)不变。可是(shì)根据(jù)牛(niú)顿的(de)万有引力定律，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质量来(lái)吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在(zài)Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异(yì)常的结(jié)果，就认为是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是(shì)科学(xué)家们通过射电(diàn)望(wàng)远镜测(cè)量了(le)距离星系中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力(lì)学定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远远大于(yú)理(lǐ)论(lùn)速(sù)度，那么产生(shēng)以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的原(yuán)因很(hěn)可能就是(shì)存在着(zhe)一(yī)种(zhǒng)我(wǒ)们(men)看不(bù)到的物(wù)质，是这些暗物质(zhì)的(de)引力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人员开(kāi)始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据星(xīng)系外恒(héng)星轨(guǐ)道(dào)的速(sù)度(dù)，估算在星系(xì)当(dāng)中暗(àn)物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不(bù)是唯一可(kě)以解释(shì)这个现(xiàn)象的原因。在(zài)一(yī)项(xiàng)新的研(yán)究当(dāng)中，科(kē)学家们发(fā)现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间(jiān)，也(yě)会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银河系(xì)不多(duō)，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却只有银河系(xì)的(de)千(qiān)分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论上，该星系必须存(cún)在(zài)暗(àn)物(wù)质，否则就会(huì)分崩离析。但(dàn)是科(kē)学家(jiā)们(men)使(shǐ)用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了(le)40个小时的(de)详细测量(liàng)之(zhī)后，发现星系中的(de)恒星运动(dòng)是可以用正(zhèng)常的物(wù)质和(hé)力学(xué)定(dìng)律来解释的。那么(me)又(yòu)有人(rén)提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经(jīng)被附近的另(lìng)一个大星系(xì)剥离(lí)了(le)。奇怪(guài)的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一种可(kě)能就是人类对(duì)引力的理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力很可(kě)能(néng)在不同尺度空(kōng)间中的工作方式是不同的，这意(yì)味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿(yán)着它(tā)们的轨道(dào)，按(àn)照我们所理(lǐ)解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和(hé)星(xīng)团的(de)尺度，引力之间的(de)相互(e的1次方等于什么，e的1次方等于什么函数hù)作用则是不同(tóng)的方(fāng)式(shì)。对(duì)于(yú)在星系团之间的(de)相互作用，科学家还引入了(le)外部(bù)场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的(de)规模上，巨(jù)大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这(zhè)个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在(zài)的物理定律进行修(xiū)正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多(duō)人认(rèn)为(wèi)暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存在的其他(tā)的理论(lùn)证据，这些理论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的(de)星系团所(suǒ)组成，类似(shì)这(zhè)样的(de)星(xīng)团，它们(men)大(dà)部分的(de)普通质量都在星系(xì)的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星(xīng)际(jì)气体的相互作用就会导致温(wēn)度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的(de)质量将位于所有这些(xiē)气体所在的中间区域。那(nà)么我们通过什么(me)来验(yàn)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(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全(quán)彩的(de)高清照(zhào)片，在照(zhào)片中我(wǒ)们(men)可以明显地(dì)看到很(hěn)多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这(zhè)些星(xīng)系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测(cè)者之(zhī)间(jiān)。被一个质(zhì)量超级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥(yáo)远星系(xì)的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是(shì)引力(lì)透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人们(men)对(duì)子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的(de)大(dà)质量区域并不是在中(zhōng)间，而是(shì)在两侧(cè)。所以最(zuì)好的解释(shì)方法就是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气(qì)体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜(jìng)研究也被认为(wèi)是暗物(wù)质存(cún)在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老(lǎo)的(de)光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了(le)130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间背景上留(liú)下了各(gè)相同性的微波辐(fú)射。其中红色(sè)的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们(men)之间的(de)温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过(guò)对前景背(bèi)景分离后的(de)二值图像进(jìn)行连通域提(tí)取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不(bù)应该是这(zhè)样的(de)，而随(suí)着暗物质(zhì)的(de)增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才(cái)变得看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景辐射的(de)测量(liàng)值，我们需(xū)要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个(gè)数(shù)字(zì)与解释(shì)星系当中恒(héng)星运动所需要的(de)暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好地解释了(le)很多不同的观测结果。而(ér)暗物质的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某种(zhǒng)类(lèi)型(xíng)的粒子(zi)，它(tā)们不(bù)参与任(rèn)何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找(zhǎo)到(dào)这种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些(xiē)不同的目标粒(lì)子所(suǒ)需要的实验方式(shì)也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了(le)寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的(de)“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们已经(jīng)进行了超过(guò)50次的实验，却没有任(rèn)何(hé)实质性的发现，除了一(yī)个地(dì)方，意大(dà)利(lì)的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大(dà)的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼(lóu)高的(de)探(tàn)测器，一直致力于寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科学家声称观测到了(le)某种信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了(le)一个(gè)有(yǒu)趣的事情。探测率(lǜ)会在(zài)每(měi)年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家认(rèn)为这(zhè)可能是(shì)人类发现暗(àn)物质(zhì)的第一个直(zhí)接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕(rào)着银河(hé)系进(jìn)行移动，那么(me)如果暗物(wù)质存在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这(zhè)意(yì)味着我们也(yě)在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速度(dù)围绕太阳(yáng)进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而另(lìng)外半年(nián)则与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太(tài)阳的(de)方向正(zhèng)好达到完全(quán)一(yī)致，这是(shì)理论上地(dì)球穿越暗物质(zhì)流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中，太阳系(xì)相对银河系的(de)平面呈(chéng)现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为(wèi)这可以用来(lái)解释(shì)，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也(yě)可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度(dù)周期信号的(de)差异也(yě)可(kě)能是温(wēn)度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了(le)一个几乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这里的(de)季节(jié)与(yǔ)之(zhī)前的(de)实验(yàn)室(shì)正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个(gè)实验室是一样(yàng)的。

因(yīn)此(cǐ)，如(rú)果在这里(lǐ)可以得到相(xiāng)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(zhèng)据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相同，但它的(de)宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关(guān)键(jiàn)的用(yòng)途(tú)就是探索暗(àn)物质背后的奥(ào)秘，对(duì)于探测(cè)的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研(yán)究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物质存在(zài)，它(tā)们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这(zhè)种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者(zhě)说是(shì)生(shēng)命(mìng)进化(huà)的(de)一(yī)个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到(dào)进一步的证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物质会(huì)不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通(tōng)过这样的效应创(chuàng)造(zào)生命。当(dāng)然，这些推论的大前(qián)提(tí)是要先找到暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新(xīn)的动力(lì)！

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