宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科(kē)学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在(zài)的证据，科(kē)学家(jiā)们(men)在(zài)过去(qù)的几十年当中(zhōng)进行了超(chāo)过50次(cì)的(de)长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理(lǐ)一书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)天体运(yùn)动的规律。往后的几(jǐ)百年(nián)来(lái)，当(dāng)天文学家们发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行(xíng)轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定律的(de)时候(hòu)，他们就(jiù)会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的天体通过引力(lì)在(zài)摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的发现都(dōu)是应用(yòng)万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律所取得(dé)重大(dà)天文成就(jiù)的例子(zi)。但(dàn)是这些发现都是在恒(héng)星(xīng)系统的尺度当中，可(kě)当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后发星系(xì)团(tuán)的(de)质量。这是一个(gè)由数千个星系所组成的巨(jù)大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测(cè)量星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可(kě)以确定其质量的(de)范围(wéi)。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对(duì)于星系团(tuán)的运(yùn)动速(sù)度(dù)。当(dāng)测量结果出来(lái)之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟(jìng)然(rán)是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星(xīng)系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失(shī)了，或(huò)者(zhě)说这99%的(de)质量(liàng)并(bìng)不(bù)以可见光的形式所存在，我们无(wú)法看到(dào)。最诡异的(de)是，在测量(liàng)速度(dù)的(de)过程(chéng)中(zhōng)，兹(zī)威基(jī)发现星系团中很多星系的(de)速(sù)度比理论上要快(kuài)得多(duō)，按(àn)照牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这些(xiē)可见星系(xì)的质量所(suǒ)产生的引力(lì)是无法将(jiāng)它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛(pāo)出星系(xì)团之外了(le)，除非有一种神秘的(de)力(lì)量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量(liàng)来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这(zhè)样(yàng)部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是(shì)它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的人们对(duì)这(zhè)样(yàng)的(de)一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出(chū)现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福(fú)特在观(guān)测仙(xiān)女座星系中的恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的(de)运行速(sù)度就(jiù)会越慢。但是他们(men)观(guān)测的(de)结果却让(ràng)人感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可(kě)是根据牛顿的万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)，在(zài)星系当中如(rú)果(guǒ)没(méi)有(yǒu)足够大的(de)质(zhì)量来吸引它们，这些外围的(de)恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方(fāng)法就是测(cè)量(liàng)星系当(dāng)中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度(dù)。如果出现异常的结(jié)果，就认为是(shì)由(yóu)暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科学(xué)家(jiā)们通过射电望远镜测量(liàng)了距离(lí)星系中(zhōng)心更远距(jù)离的氢元素，发(fā)现(xiàn)它(tā)们(men)的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不(bù)例外(wài)，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系(xì)正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银(yín)河(hé)系(xì)旋转，这个(gè)实际速度(dù)远远大于(yú)理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速度(dù)的原因很可能就(jiù)是存在(zài)着一(yī)种我(wǒ)们看(kàn)不到的(de)物质，是这些暗物(wù)质(zhì)的(de)引(yǐn)力(lì)效应(yīng)将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时(shí)开始，越(yuè)来越(yuè)多的(de)研(yán)究人员开始相信暗(àn)物质的存(cún)在。科(kē)学家(jiā)根据星系外恒星轨道(dào)的(de)速度(dù)，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一(yī)可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的(de)遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也(yě)会(huì)出现速(sù)度上的微(wēi)小差异(yì)。另外，天文学家还发现了(le)一(yī)个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银(yín)河(hé)系不多，但(dàn)是星(xīng)系当(dāng)中存在(zài)的恒星数(shù)量却只有银(yín)河(hé)系的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则(zé)就会分崩离(lí)析(xī)。但是科学(xué)家(jiā)们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行了(le)40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中的(de)恒星运(yùn)动是可以用正常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那么(me)又(yòu)有人(rén)提(tí)出，也许该星系(xì)的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它的附(fù)近没有任何(hé)星系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人类(lèi)对引(yǐn)力的理解(jiě)还不够全(quán)面，引力(lì)很可(kě)能(néng)在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的(de)天(tiān)体会沿着(zhe)它们的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方(fāng)式运动。但是上升(shēng)到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的(de)方式。对于(yú)在星系团之(zhī)间(jiān)的相互(hù)作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规(guī)模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间会产生(shēng)对(duì)彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我(wǒ)们(men)需(xū)要对现在的物(wù)理(lǐ)定(dìng)律进(jìn)行(xíng)修(xiū)正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其(qí)他的理论证据，这些(xiē)理论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们(men)大部分的普(pǔ)通质量(liàng)都在星(xīng)系的(de)气体当中(zhōng)。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体(tǐ)的相互作用就会(huì)导致温度的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系团大部分(fēn)的质量将位(wèi)于所有这些气体所在的中间区域。那么我们(men)通过(guò)什(shén)么来验证它的质(zhì)量区(qū)域(yù)到底是不(bù)是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜(jìng)传回(huí)了(le)宇宙当中第一(yī)张全彩的高(gāo)清照片，在照片中(zhōng)我们(men)可以明(míng)显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系(xì)似(shì)乎被(bèi)拉伸产生了巨(jù)大(dà)的(de)形变(biàn)。其实这些星(xīng)系(xì)本身并不是真的(de)被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什么(me)问题，而(ér)是这(zhè)样(yàng)极遥远的天体和我(wǒ)们地球上(shàng)的观测(cè)者之间。被一(yī)个质量超级(jí)巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨(jù)大(dà)的天体可能是超(chāo)大(dà)质(zhì)量的黑洞(dòng)或(huò)者(zhě)是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的(de)时(shí)候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区(qū)域并(bìng)不是在中间，而是在(zài)两侧。所以(yǐ)最好的(de)解(jiě)释方(fāng)法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被(bèi)观(guān)测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通过了(le)这(zhè)个区域，并(bìng)在两边(biān)形成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当(dāng)中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各(gè)相(xiāng)同性的(de)微波辐射(shè)。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的(de)区(qū)域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的二(èr)值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是(shì)这(zhè)样的，而随着暗(àn)物(wù)质的增加，一些峰值的(de)幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所需(xū)要的(de)暗物质(zhì)比例是一致(zhì)的。这(zhè)就意(yì)味着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释(shì)了很多不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质就是(shì什么的柳条填合适的词，什么的柳条填空)宇宙当中存在着(zhe)某(mǒu)种类型的(de)粒子，它(tā)们不参与任何其他的电(diàn)磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过(guò)引力来(lái)相互作用。所以(yǐ)如果能够找到(dào)这种粒子(什么的柳条填合适的词，什么的柳条填空zi)的存(cún)在，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的(de)假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子(zi)所需要的实(shí)验方式也不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与(yǔ)常规物质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了(le)超(chāo)过(guò)50次的实验，却没有任(rèn)何(hé)实(shí)质性的发现，除了一(yī)个地(dì)方(fāng)，意(yì)大利的格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地(dì)球上最大(dà)的地(dì)学实(shí)验(yàn)室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻找暗(àn)物(wù)质粒子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称(chēng)观(guān)测到了某种信号(hào)。经过了20多(duō)年(nián)的数据收集，人们(men)发现了一个(gè)有趣(qù)的事(shì)情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学家(jiā)认(rèn)为这可(kě)能(néng)是人类发(fā)现(xiàn)暗物(wù)质的第一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什么(me)暗物质(zhì)会产生周(zhōu)期性的年(nián)度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么(me)如果暗(àn)物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意(yì)味着我们(men)也在(zài)以这样(yàng)的(de)速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产(chǎn)生相应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年(nián)的时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳(yáng)的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的时候，地(dì)球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对(duì)银(yín)河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们(men)所观测到的周期(qī)性(xìng)信号。当然也可能(néng)有其他的情况(kuàng)，造成这种年(nián)度周期信号的(de)差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的(de)积(jī)雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合这(zhè)个周(zhōu)期的规律。

所以，科学(xué)家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之前的实验室(shì)正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质流(liú)的运动特(tè)征和(hé)第一个(gè)实验室是一样的(de)。

因(yīn)此，如果在这里可以(yǐ)得(dé)到(dào)相(xiāng)同的(de)信号，就可(kě)以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力(lì)的(de)证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截(jié)至目前还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的(de)视野是(shì)哈(hā)勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途就是(shì)探索暗物质背后的(de)奥(ào)秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体(tǐ)物(wù)理中心的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发现，如(rú)果暗物质什么的柳条填合适的词，什么的柳条填空存在，它们极有可能拥(yōng)有另(lìng)一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重要(yào)因素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得(dé)到进(jìn)一(yī)步的(de)证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着(zhe)人类并不孤单呢？或(huò)许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角落的(de)行星上，暗(àn)物质(zhì)正(zhèng)在通(tōng)过(guò)这样的效应创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗物质(zhì)到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新(xīn)的动(dòng)力！

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