宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造”的？为何(hé)会存在(zài)科学无法解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是(shì)什(shén)么？人类(lèi)为了寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物质存(cún)在的证(zhèng)据，科学家们(men)在过去的几十年(nián)当中进(jìn)行了超过50次的长期实(shí)验(yàn)，但是却没有(yǒu)发(fā)现任何闯关东三个儿子的结局，闯关东三个媳妇的结局的有效证据。除了(le)一个地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原理(lǐ)一(yī)书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后(hòu)的几(jǐ)百年来，当天(tiān)文学家们(men)发现某些天体运行轨(guǐ)道(dào)出现异(yì)常，不(bù)符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会知道(dào)，周围一定(dìng)有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的(de)异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的(de)发现都是(shì)应用(yòng)万有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度(dù)当中，可(kě)当我们上(shàng)升(shēng)到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发星系团(tuán)的质(zhì)量。这是一个由数(shù)千个(gè)星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系团，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其质(zhì)量的范(fàn)围。

第(dì)一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需(xū)要的数据是测量(liàng)各(gè)个星(xīng)系(xì)的(de)光(guāng)度。

第(dì)二种是动(dòng)力学(xué)质量的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星系(xì)团(tuán)的(de)运动速(sù)度。当(dāng)测(cè)量结果(guǒ)出来(lái)之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵(měng)了，“动力(lì)学质(zhì)量(liàng)”竟(jìng)然是(shì)“光度学(xué)质(zhì)量(liàng)”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存(cún)在(zài)，我们无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量(liàng)速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基发(fā)现星系(xì)团中很多星系的速(sù)度比理论上要快得多(duō)，按照牛(niú)顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所(suǒ)产(chǎn)生的(de)引力是无(wú)法将它们束(shù)缚在星系团(tuán)内的，它们(men)早就应该(gāi)被抛出星系团之(zhī)外(wài)了，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神(shén)秘的力量在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质(zhì)量(liàng)。只是(shì)当时的人们对这样(yàng)的一种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这个(gè)词才再一(yī)次(cì)出现。天(tiān)文(wén)学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特(tè)福(fú)特在观测(cè)仙女座星(xīng)系中的恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来说(shuō)，距(jù)离中心越远的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他(tā)们观(guān)测(cè)的结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离(lí)的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系(xì)当中如果没(méi)有足够(gòu)大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星(xīng)早(zǎo)就被(bèi)甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家(jiā)们会使用一(yī)种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法(fǎ)来解释暗(àn)物质的(de)存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星(xīng)系中(zhōng)心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的(de)结果，就(jiù)认为是由暗物质(zhì)的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星系中心更远距离的氢元素，发现它们(men)的旋转速(sù)度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的(de)太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定律进行计(jì)算，太(tài)阳系的运行速度应(yīng)该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速(sù)度的(de)原因很可能就是存在着(zhe)一种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力(lì)效应将星系聚集在闯关东三个儿子的结局，闯关东三个媳妇的结局了(le)一起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越来越多(duō)的研(yán)究人员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系外(wài)恒星轨道的速度(dù)，估(gū)算在星系当中暗(àn)物质的质量(liàng)占整个(gè)星系质量的(de)85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯(wéi)一(yī)可以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研(yán)究(jiū)当中，科学家们(men)发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学(xué)家还(hái)发现了(le)一个(gè)反(fǎn)常(cháng)的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系(xì)不多，但是星系当中(zhōng)存(cún)在(zài)的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银(yín)河系的千分之一。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星系(xì)必(bì)须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望远镜对其(qí)进(jìn)行(xíng)了40个(gè)小时(shí)的详(xiáng)细测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中的(de)恒(héng)星运动(dòng)是可以用正常的(de)物(wù)质和力(lì)学定律来解释的。那(nà)么又有(yǒu)人提(tí)出(chū)，也许该星系的(de)暗(àn)物质，已经被附近的(de)另一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附近没有(yǒu)任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一种可能就是(shì)人类对引(yǐn)力的理解还不够全(quán)面，引力很(hěn)可能(néng)在不(bù)同尺度(dù)空(kōng)间中的(de)工作方式是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会(huì)沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理(lǐ)解的方式(shì)运动。但是(shì)上升到星系(xì)和星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相(xiāng)互作用则是不同(tóng)的方(fāng)式。对于在星系团之间(jiān)的相(xiāng)互作用，科学家还(hái)引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万光年(nián)的规模上，巨大的(de)质量(liàng)之(zhī)间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对(duì)现在(zài)的物理定律进(jìn)行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物(wù)质(zhì)存在的其他的理论(lùn)证据(jù)，这(zhè)些理论证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所没(méi)法解释(shì)的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿(yì)光年的子(zi)弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰撞的(de)星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样的星团，它(tā)们(men)大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的(de)时(shí)候(hòu)，星(xīng)际气(qì)体的(de)相互作(zuò)用就会导(dǎo)致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这些气(qì)体所在的(de)中间区域。那么(me)我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是(shì)集中在(zài)中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传回了(le)宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明(míng)显地看到很(hěn)多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形(xíng)变。其实这(zhè)些(xiē)星系本(běn)身并不是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥(yáo)远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的观测(cè)者(zhě)之间。被(bèi)一个(gè)质量超级巨(jù)大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质量的(de)东(dōng)西的(de)引力，会使身(shēn)后更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是闯关东三个儿子的结局，闯关东三个媳妇的结局引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是(shì)超(chāo)大质量(liàng)的(de)黑(hēi)洞或者是暗物(wù)质(zhì)。

所以当(dāng)人们对(duì)子弹星系团观(guān)测的(de)时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧(cè)。所以最好(hǎo)的(de)解释方(fāng)法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量气体被(bèi)卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在(zài)两(liǎng)边形成(chéng)了引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜研(yán)究也被认(rèn)为是暗(àn)物质存在的(de)迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上(shàng)留下了(le)各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的(de)温(wēn)差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学(xué)家们通过(guò)对(duì)前景(jǐng)背(bèi)景分离(lí)后的二(èr)值图(tú)像进行连通域提(tí)取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起(qǐ)来不(bù)应(yīng)该(gāi)是这(zhè)样的，而随着(zhe)暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变(biàn)得看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测(cè)量值，我们(men)需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就很好地解释了很多(duō)不同(tóng)的观测结果。而(ér)暗物质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某(mǒu)种类型(xíng)的粒子，它(tā)们不参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如(rú)果能(néng)够(gòu)找到这种粒子(zi)的存(cún)在(zài)，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学(xué)家们已经提出了数十种的(de)假想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不同的目标(biāo)粒(lì)子所需要的(de)实验方式也不相同。在过(guò)去的几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻(xún)找这(zhè)些看不(bù)见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)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)有一个(gè)三(sān)层楼(lóu)高的探测(cè)器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称(chēng)观测到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事(shì)情。探测率会(huì)在每(měi)年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在(zài)20年当(dāng)中每(měi)年(nián)都是一样。一些科学(xué)家认为这可(kě)能是人类发(fā)现暗(àn)物(wù)质(zhì)的第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着银(yín)河系进行移动(dòng)，那(nà)么如(rú)果(guǒ)暗物质(zhì)存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味(wèi)着(zhe)我(wǒ)们也在以(yǐ)这样(yàng)的(de)速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系的方向是(shì)一致的，而另外半年则与之(zhī)相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的(de)时候，地球与太(tài)阳的方(fāng)向(xiàng)正好达(dá)到完全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况中，太阳(yáng)系(xì)相对(duì)银(yín)河(hé)系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科学(xué)家(jiā)认(rèn)为这可以用来(lái)解释，研(yán)究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这种年(nián)度周期信号的差异也(yě)可能是温度、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分、高山上(shàng)的(de)积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合这个周期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又在南(nán)半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这(zhè)里的季节(jié)与之(zhī)前的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在(zài)这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质流的运(yùn)动(dòng)特征和第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可(kě)以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常(cháng)有力的证据了。但是(shì)由(yóu)于这个实(shí)验室(shì)刚刚(gāng)建(jiàn)成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目(mù)前还无法提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器(qì)提供的视野是哈勃(bó)红外(wài)仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太(tài)空望远镜其中(zhōng)一个(gè)关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后(hòu)的奥秘(mì)，对于探测的结(jié)果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究(jiū)发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在，它们(men)极(jí)有(yǒu)可能拥有另一(yī)种神(shén)秘(mì)的效应，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或(huò)者说是生命(mìng)进(jìn)化(huà)的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么(me)遍(biàn)布(bù)宇(yǔ)宙当中的(de)暗物质(zhì)会不会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落(luò)的行(xíng)星(xīng)上(shàng)，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的支持(chí)是我更新的动力！

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