宇宙是(shì)“人为制造”的(de)？为何会存在(zài)科学(xué)无(wú)法(fǎ)解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是什(shén)么？人(rén)类为了寻(xún)找暗(àn)物质存(cún)在的证据(jù)，科学家们(men)在过去的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实(shí)验(yàn)，但是(shì)却没有发现任何的(de)有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动(dòng)的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异(yì)常，不符(fú)合万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律的(de)时候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周围(wéi)一定有未(wèi)知的天体通过(guò)引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过(guò)天王(wáng)星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现了(le)海王星的(de)存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的(de)例(lì)子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都(dōu)是在恒星系(xì)统的尺度当中，可(kě)当(dāng)我们上升到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测(cè)量(liàng)后发星(xīng)系(xì)团的质量(liàng)。这是一个由数千(qiān)个(gè)星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大(dà)星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量星系(xì)团的(de)质(zhì)量(liàng)一(yī)般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定(dìng)其(qí)质(zhì)量(liàng)的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据(jù)是测量各个星系的光(guāng)度。

第二(èr)种是动大学老师最怕什么部门举报力(lì)学质(zhì)量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系(xì)团(tuán)中(zhōng)的各个星系相对(duì)于星系团的运动速度(dù)。当测量结果出来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是“光度学(xué)质量”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后发座(zuò)星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了，或(huò)者说这99%的质量并(bìng)不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无(wú)法看(kàn)到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星系(xì)团中(zhōng)很多星(xīng)系(xì)的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生的(de)引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内(nèi)的，它们(men)早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星系团(tuán)之外(wài)了，除非(fēi)有(yǒu)一种神(shén)秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的(de)暗质(zhì)，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却占(zhàn)据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝(jué)大部(bù)分(fēn)的(de)质量。只是当时的人们(men)对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词(cí)才(cái)再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特(tè)福特在(zài)观测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的(de)恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越(yuè)慢。但(dàn)是(shì)他们观测的(de)结果却让(ràng)人感到(dào)不可思议。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的(de)增加(jiā)，恒星的旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持不(bù)变。可(kě)是(shì)根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在(zài)星系当中(zhōng)如(rú)果(guǒ)没(méi)有足(zú)够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当中(zhōng)了(le)。基于这种现象(xiàng)，科学(xué)家(jiā)们会(huì)使用一(yī)种相对(duì)标准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方法(fǎ大学老师最怕什么部门举报)就是(shì)测(cè)量星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异(yì)常(cháng)的结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜测量了距离星(xīng)系中心(xīn)更(gèng)远(yuǎn)距(jù)离的(de)氢元(yuán)素，发现它们(men)的旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太(tài)阳系也不(bù)例外(wài)，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)进(jìn)行计算(suàn)，太阳系(xì)的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这个实(shí)际速度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很(hěn)可能(néng)就是存在着一种我们看不到的(de)物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科(kē)学家(jiā)根据(jù)星(xīng)系外恒星轨道的速度，估(gū)算在(zài)星系当中暗物(wù)质的质量占整(zhěng)个星(xīng)系(xì)质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并不(bù)是唯一可以解(jiě)释这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在(zài)一项新的(de)研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会出现速(sù)度上的(de)微小差(chà)异。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多(duō)，但是星系当中存(cún)在的恒星数(shù)量却(què)只有银河系的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是(shì)科学(xué)家们使用最(zuì)先(xiān)进的(de)望远镜对(duì)其进行了(le)40个小时(shí)的详细测(cè)量(liàng)之后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒(héng)星(xīng)运(yùn)动(dòng)是可以用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的(de)。那么又有人提(tí)出，也许该星(xīng)系(xì)的暗(àn)物(wù)质(zhì)，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附(fù)近没(méi)有任何星系存(cún)在。造(zào)成这(zhè)些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可能(néng)就是人类对(duì)引力的理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方(fāng)式是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度(dù)中(zhōng)的(de)天(tiān)体会沿(yán)着它(tā)们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理解的(de)方式运(yùn)动。但(dàn)是(shì)上升到星系和(hé)星团的尺(chǐ)度(dù)，引力之(zhī)间的相互作用则是不(bù)同的方式。对于(yú)在(zài)星系团之间的(de)相互作用，科学家(jiā)还引入了(le)外部(bù)场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的(de)质量(liàng)之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这(zhè)意味(wèi)着我们(men)需要对现在的物理(lǐ)定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这(zhè)些发(fā)现也让很(hěn)多人认为暗物(wù)质假说理论就(jiù)此终结(jié)。但是在宇宙当(dāng)中还有关于(yú)暗物质存在的其他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子(zi)弹星(xīng)系(xì)团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普(pǔ)通质(zhì)量(liàng)都在星系(xì)的气体当中(zhōng)。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际气(qì)体的相互作用就会(huì)导(dǎo)致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部(bù)分的(de)质量(liàng)将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我们(men)通过(guò)什么来验证(zhèng)它的质(zhì)量区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很多(duō)星系似乎(hū)被拉伸(shēn)产生了巨大的(de)形变。其实这些(xiē)星系本(běn)身并不是真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这(zhè)样(yàng)极遥远的天体和(hé)我们地球上的观测者(zhě)之间。被一(yī)个质量超(chāo)级巨大(dà)的(de)天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远星系(xì)的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或(huò)者是暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们对子(zi)弹星系团观测的时候(hòu)，发现它(tā)的(de)大质量区域并不(bù)是(shì)在中间(jiān)，而是在(zài)两(liǎng)侧。所(suǒ)以最(zuì)好(hǎo)的解(jiě)释(shì)方法(fǎ)就是当星团(tuán)发生全部的(de)碰撞时，可(kě)被观测到(dào)的(de)质(zhì)量气体被卡在(zài)了中间，暗物(wù)质则直(zhí)接通过了这(zhè)个区域，并(bìng)在(zài)两边(biān)形成(chéng)了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系团的引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)研究也被认为(wèi)是暗物质存在的(de)迄今为止最好的理论(lùn)证据(jù)。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终(zhōng)于(yú)可以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年(nián)之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色(sè)的部分表(biǎo)示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们(men)通(tōng)过对(duì)前景背景分离后的二值(zhí)图像进行连(lián)通域提(tí)取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不应该是(shì)这样的(de)，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得(dé)看起(qǐ)来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释星系(xì)当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例(lì)是一致的(de)。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了一(yī)个(gè)简(jiǎn)单的(de)理论框架，就很好地解释了(le)很多不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种类型的大学老师最怕什么部门举报粒子(zi)，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在(zài)，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什(shén)么？科(kē)学家(jiā)们已(yǐ)经提出了数十种的(de)假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标(biāo)粒子(zi)所(suǒ)需(xū)要的实验(yàn)方式也不相同。在过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人(rén)类(lèi)为了(le)寻找这(zhè)些看不见、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与常规物质(zhì)相(xiāng)互作用的(de)“暗物(wù)质”，科(kē)学家们已经进行(xíng)了超过50次的实(shí)验(yàn)，却(què)没有任何实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地(dì)学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三(sān)层楼高的(de)探测器(qì)，一直(zhí)致力于寻找暗物质(zhì)粒子(zi)的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测到(dào)了某种信号(hào)。经(jīng)过(guò)了20多(duō)年的数据收(shōu)集，人们发现了(le)一个(gè)有趣的事情。探测率会(huì)在每年的(de)6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然(rán)后(hòu)在11月(yuè)降到(dào)最低，而且(qiě)在20年当中每(měi)年都是(shì)一(yī)样。一些科学(xué)家认(rèn)为(wèi)这(zhè)可(kě)能是人类发(fā)现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会(huì)产(chǎn)生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产(chǎn)生(shēng)相应的(de)振荡(dàng)，同时地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银(yín)河系的方(fāng)向是一致(zhì)的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正好达到完全(quán)一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好达到了最慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系(xì)的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是(shì)这并不(bù)影响这个理论的(de)有效性(xìng)。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解(jiě)释，研(yán)究(jiū)人员们所观测(cè)到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情(qíng)况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周期信号的(de)差异也可能(néng)是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分(fēn)、高(gāo)山(shān)上(shàng)的积(jī)雪，甚至连意大利游客(kè)的数量(liàng)也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了(le)一个几乎(hū)相同的实验室，这(zhè)里的(de)季节与(yǔ)之前的实验室(shì)正(zhèng)好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物(wù)质流的运(yùn)动特征和第一个实验室(shì)是一(yī)样的。

因(yīn)此，如(rú)果在这里可(kě)以得到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可(kě)以成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据(jù)了(le)。但(dàn)是由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目(mù)前(qián)还(hái)无法提供(gōng)相应的数(shù)据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其中一个关键的用途(tú)就(jiù)是(shì)探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存(cún)在，它(tā)们极有可(kě)能拥有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个(gè)重要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会(huì)不会意味(wèi)着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的(de)大前提是(shì)要(yào)先(xiān)找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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