宇宙是(shì)“人为制造”的？为何(hé)会(huì)存在科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么(me)？人(rén)类(lèi)为(wèi)了寻(xún)找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证据，科学(xué)家们(men)在过去的几十年当中进行(xíng)了超(chāo)过50次(cì)的长期实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发现任何(hé)的有效证据(jù)。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当(dāng)天文(wén)学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出(chū)现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的时候，他(tā)们就(jiù)会知(zhī)道，周围(wéi)一定有未知的天(tiān)体通过引力(lì)在摄动它的(de)轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推算并且发(fā)现了(le)海(hǎi)王(wáng)星的(de)存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的(de)发现都是应(yīng)用(yòng)万有引力(lì)定律所取得重大天文成就的(de)例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可(kě)当(dāng)我们上(shàng)升到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗(fú)里茨兹威基(jī)正在研究和测量后(hòu)发(fā)星系团的质量。这是(shì)一个由数千个(gè)星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起(qǐ)。测(cè)量星系团(tuán)的(de)质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其(qí)质量的范围(wéi)。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的(de)数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系(xì)团中(zhōng)的各(gè)个星系相对于星(xīng)系团的(de)运(yùn)动速度。当(dāng)测(cè)量结果出来(lái)之(zhī)后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光(guāng)的形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程(chéng)中，兹(zī)威基(jī)发(fā)现(xiàn)星系团中(zhōng)很多星系(xì)的速度(dù)比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的(de)引(yǐn)力是无法(fǎ)将(jiāng)它们(men)束缚在星系团内的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外了(le)，除(chú)非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不五一最适合带孩子去哪旅游，五一带孩子去哪里好玩可见的暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大(dà)部(bù)分的质量。只是当时的人们对这样的(de)一种说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座(zuò)星系中(zhōng)的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心(xīn)越远的恒(héng)星在其(qí)轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们(men)观测(cè)的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中如(rú)果(guǒ)没有足够大的质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存(cún)在，这种方法就(jiù)是测量星(xīng)系(xì)当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速度。如果出现异常(cháng)的结(jié)果，就认为(wèi)是(shì)由暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科(kē)学家(jiā)们(men)通过射电望(wàng)远镜测量了(le)距离星(xīng)系中(zhōng)心更远距离(lí)的(de)氢元素(sù)，发(fā)现(xiàn)它们的旋转速度并不(bù)符(fú)合牛顿的(de)力学(xué)定律。我(wǒ)们的太(tài)阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速度应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实际(jì)速(sù)度(dù)远(yuǎn)远大(dà)于理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速(sù)度的原因(yīn)很可能就是存在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些暗物质的(de)引力效应将星(xīng)系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的(de)研究人员开始相信暗物(wù)质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个(gè)现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学(xué)家们发(fā)现，几乎没有引力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出现(xiàn)速度(dù)上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银(yín)河系不(bù)多，但是星系当中存在(zài)的恒星数(shù)量却只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但(dàn)是科(kē)学家们使用(yòng)最先进的(de)望远镜(jìng)对其(qí)进(jìn)行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)是可以(yǐ)用正(zhèng)常的物质和力(lì)学定律(lǜ)来解释的(de)。那(nà)么又有(yǒu)人(rén)提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近(jìn)没有任何星(xīng)系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一(yī)种可能就是人类对引力的(de)理解还不(bù)够(gòu)全面，引(yǐn)力(lì)很可(kě)能在(zài)不同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工作方式(shì)是不同(tóng)的，这(zhè)意(yì)味(wèi)着在行星系尺度中的(de)天(tiān)体会沿着(zhe五一最适合带孩子去哪旅游，五一带孩子去哪里好玩)它们的轨(guǐ)道(dào)，按照(zhào)我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升(shēng)到星(xīng)系和(hé)星团的尺度，引力之间(jiān)的相互(hù)作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部(bù)场效应的(de)概念，指的是(shì)在数(shù)百万(wàn)光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效(xiào)果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成(chéng)立，这意味(wèi)着我们需(xū)要对现(xiàn)在的(de)物理定律进行修正，这些发(fā)现(xiàn)也让很多人认为(wèi)暗(àn)物(wù)质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团，由两个(gè)碰撞的(de)星系团所组(zǔ)成，类似这样(yàng)的星团(tuán)，它(tā)们大部分的普通质量都在(zài)星系的气体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会导致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将(jiāng)位于所有这些气体所在的(de)中间区域。那么我们通过什么来验证它(tā)的质量(liàng)区域到(dào)底是不是(shì)集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中(zhōng)我们可以(yǐ)明(míng)显地看到很多(duō)星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实(shí)这些星系本(běn)身(shēn)并不是真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上的观测者之间。被(bèi)一个质量超(chāo)级巨(jù)大(dà)的天体遮挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观(guān)测的时(shí)候，发现它的大(dà)质量区(qū)域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在两边形成了(le)引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是(shì)暗(àn)物质存(cún)在的迄今为(wèi)止最好的理论(lùn)证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还(hái)有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多(duō)亿(yì)年之后，这些(xiē)光(guāng)在(zài)宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留下(xià)了各相(xiāng)同性的(de)微波辐射。其中红色的部分表示温度较高(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(wàn)分之一(yī)。

科学家们(men)通过对前景(jǐng)背(bèi)景分离后(hòu)的二值图像进(jìn)行连通域提取和标(biāo)记之后发现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形看起来(lái)不应该是这样的(de)，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释星系(xì)当中恒(héng)星运(yùn)动所需(xū)要的暗(àn)物质比例(lì)是一致的(de)。这就(jiù)意味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理论(lùn)框(kuāng)架，就很好地解(jiě)释了很多不同的(de)观测结果(guǒ)。而(ér)暗物质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的(de)粒子，它们不(bù)参与任何其他的(de)电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够(gòu)找到(dào)这种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就相当于找到了暗物质存在(zài)的(de)实(shí)际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是什么？科学家们已经提出(chū)了数(shù)十种的假想目(mù)标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相(xiāng)同(tóng)。在(zài)过去的(de)几(jǐ)十年当中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不会与(yǔ)常(cháng)规物质相互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验(yàn)室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高(gāo)的探(tàn)测器(qì)，一直致(zhì)力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒子的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数(shù)据收(shōu)集(jí)，人们发现了(le)一个有(yǒu)趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一样(yàng)。一些科学家认(rèn)为这可(kě)能是人类发现暗物质的第一个(gè)直(zhí)接(jiē)证据(jù)。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质会产生(shēng)周期性的年(nián)度(dù)信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那(nà)么如果暗(àn)物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕太阳进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系(xì)的方向是(shì)一致的，而另外半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到(dào)完全(quán)一致(zhì)，这是理论上地球(qiú)穿越(yuè)暗(àn)物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所(suǒ)观(guān)测(cè)到的(de)周(zhōu)期性(xìng)信号(hào)。当(dāng)然(rán)也可能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成这(zhè)种年(nián)度周期(qī)信号的(de)差异(yì)也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符合这个周期(qī)的规(guī)律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在南(nán)半球建立了一个几乎相同的实(shí)验室，这里的季节与之前(qián)的实验室正好相反(fǎn)，而(ér)在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流(liú)的运动(dòng)特(tè)征和(hé)第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相(xiāng)同(tóng)的信(xìn)号，就可(kě)以成(chéng)为暗(àn)物质所存在的(de)非常有力的证据了(le)。但是(shì)由于这个(gè)实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截(jié)至(zhì)目(mù)前还无法提供(gōng)相(xiāng)应的数据(jù)支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望(wàng)远镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽(kuān)视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个(gè)关键的用途就(jiù)是探索暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能(néng)拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不会(huì)意味着人类(lèi)并(bìng)不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落的(de)行星上，暗物(wù)质正在(zài)通过(guò)这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前(qián)提是要(yào)先找(zhǎo)到暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的(de)实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物(wù)质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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