宇宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在(zài)的证据，科学(xué)家(jiā)们在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中(zhōng)进(jìn)行了超过(guò)50次的长期实验(yàn)，但是却(què)没有发现任何(hé)的有效证(zhèng)据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学(xué)数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来(lái)，当(dāng)天(tiān)文学家(jiā)们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定律的时候(hòu)，他(tā)们(men)就会知(zhī)道(dào)，周(zhōu)围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在(zài)摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过(guò)天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都(dōu)是(shì)应用万(wàn)有引力定律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现都(dōu)是(shì)在恒星系(xì)统的(de)尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或(huò)者是星(xīng)团的(de)尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星系团的质量。这是一(yī)个由数千(qiān)个(gè)星系所组成的(de)巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束(shù)缚(fù)在一起。测(cè)量星(xīng)系团的质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结(jié)果(gu在农场英语为什么用on不用at，在农场为什么用on the farmǒ)一致，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的(de)范(fàn)围(wéi)。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量(liàng)"，需要(yào)的(de)数据是测量(liàng)各个(gè)星系的光度。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测量(liàng)星系团中的(de)各个星(xīng)系(xì)相对于星系(xì)团的运动速度(dù)。当测量结(jié)果出(chū)来之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系(xì)的(de)速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的引力是(shì)无(wú)法将它们束缚(fù)在星(xīng)系团(tuán)内(nèi)的，它(tā)们(men)早就应(yīng)该被(bèi)抛出星系(xì)团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹(zī)维基提出(chū)了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质量。只是当时(shí)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(zhì)”这个词(cí)才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙(xiān)女座(zuò)星(xīng)系(xì)中的恒星(xīng)运动。理论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速(sù)度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距(jù)离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变(biàn)。可(kě)是根据牛顿的(de)万有引力定律，在(zài)星(xīng)系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的(de)存在，这种方法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗(àn)物质的力量进入其(qí)中。

于是科(kē)学家们通过射电望(wàng)远镜(jìng)测(cè)量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的(de)氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛(niú)顿(dùn)的力学定律。我们(men)的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于(在农场英语为什么用on不用at，在农场为什么用on the farmyú)银(yín)河(hé)系的第三悬臂(bì)之(zhī)上，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太(tài)阳(yáng)系(xì)的运行(xíng)速度(dù)应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论速度(dù)，那么产(chǎn)生(shēng)以上这种(zhǒng)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物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量占整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解(jiě)释这个(gè)现象(xiàng)的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度(dù)上(shàng)的微小差异。另外(wài)，天文学(xué)家还(hái)发(fā)现了(le)一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中存在(zài)的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学(xué)家们(men)使用(yòng)最先(xiān)进的望(wàng)远镜(jìng)对(duì)其进(jìn)行了40个(gè)小时的(de)详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的(de)物质(zhì)和力学(xué)定律来(lái)解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附(fù)近(jìn)的另(lìng)一个大(dà)星系(xì)剥离了。奇(qí)怪(guài)的(de)是，它的(de)附近没有(yǒu)任何星系存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除了(le)暗物质的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种(zhǒng)可(kě)能就是人类对引力(lì)的理解还(hái)不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式(shì)是不同(tóng)的，这意味着(zhe)在(zài)行(xíng)星系尺(chǐ)度(dù)中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它(tā)们(men)的(de)轨道，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的(de)方式运动(dòng)。但是(shì)上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用(yòng)则(zé)是不同的方式。对于在(zài)星系(xì)团之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了外部(bù)场效应的概(gài)念，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光年的规(guī)模(mó)上，巨大的质量之间会(huì)产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着(zhe)我们需要对(duì)现(xiàn)在的物理定律进行修正，这(zhè)些(xiē)发现也让很(hěn)多人认为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论(lùn)就此终结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质(zhì)存(cún)在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是(shì)蒙(méng)德理论所(suǒ)没法解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的(de)子弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系(xì)团所组成(chéng)，类(lèi)似这(zhè)样的星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系的气体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急(jí)剧(jù)升高，速度(dù)大幅降低。所以在(zài)理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分(fēn)的质量将(jiāng)位于所有这些(xiē)气(qì)体所在的(de)中(zhōng)间区域(yù)。那么我们通过什么来验证它的质量(liàng)区域到底是(shì)不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照片中我们可(kě)以明显(xiǎn)地看(kàn)到很多(duō)星系似乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并不是(shì)真的(de)被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是(shì)这(zhè)样极(jí)遥远的(de)天体(tǐ)和我们地(dì)球(qiú)上的观测者之间。被一个(gè)质(zhì)量超级巨(jù)大的天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量的(de)东西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体(tǐ)可能是超大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹星系(xì)团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在(zài)中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团(tuán)发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被观(guān)测到(dào)的(de)质(zhì)量气体(tǐ)被卡在(zài)了中间(jiān)，暗(àn)物质则(zé)直接通过了这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研(yán)究也被认为是暗物质(zhì)存在的(de)迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的(de)理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于(yú)可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经过(guò)了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下(xià)了各相同(tóng)性的(de)微波辐(fú)射(shè)。其(qí)中红色的(de)部分(fēn)表(biǎo)示温度(dù)较高的区(qū)域，蓝色则表示(shì)相(xiāng)对较(jiào)冷(lěng)的(de)区域，但实际上它们之(zhī)间(jiān)的温差(chà)只有万分之(zhī)一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离(lí)后的二(èr)值(zhí)图像进行连(lián)通域提取和(hé)标记之后发(fā)现，如(rú)果宇宙当中没有暗(àn)物(wù)质，图(tú)形看起来不应(yīng)该是这(zhè)样的，而随着暗(àn)物(wù)质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解释星系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要(yào)的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个(gè)简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多(duō)不同的观测(cè)结(jié)果。而暗物质的本(běn)质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的(de)电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质存(cún)在(zài)的实(shí)际证据。这种粒(lì)子(zi)到底是什(shén)么？科学家们(men)已经提出了数十(shí)种(zhǒng)的(de)假想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的目标粒子所需要(yào)的实验方式(shì)也不(bù)相(xiāng)同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了(le)寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的(de)实验，却(què)没有任何实质性的发(fā)现，除了(le)一个(gè)地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上(shàng)最(zuì)大的(de)地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于(yú)寻(xún)找暗物(wù)质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家(jiā)声称观测到了某(mǒu)种信(xìn)号(hào)。经过(guò)了20多年的数据收集，人(rén)们发现(xiàn)了一个有趣的事(shì)情。探测(cè)率会(huì)在每年的(de)6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在(zài)20年当中(zhōng)每年都是(shì)一样。一些科学(xué)家认(rèn)为(wèi)这可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗(àn)物质的第(dì)一个直接证据。

但是为什么(me)暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信号(hào)呢？刚才(cái)我们(men)讲了(le)太阳(yáng)系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银河系进行移(yí)动，那(nà)么如果(guǒ)暗(àn)物质存在宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我们也在以这(zhè)样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这个(gè)过程中(zhōng)会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半(bàn)年的(de)时(shí)间，地球围绕(rào)太阳(yáng)的(de)方向与太阳环(huán)绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时候，地球与太(tài)阳的(de)方(fāng)向正(zhèng)好达到完(wán)全一致，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值。尽管在(zài)实际(jì)的情(qíng)况中，太阳(yáng)系(xì)相对(duì)银河系的平面(miàn)呈现了60度(dù)的(de)倾(qīng)斜，但是(shì)这并(bìng)不影(yǐng)响(xiǎng)这个理(lǐ)论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用(yòng)来解释，研究人员们所观测到的(de)周(zhōu)期性信号(hào)。当然也可(kě)能有其他的(de)情况，造成这种年度周期信号(hào)的(de)差异也(yě)可能是(shì)温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立(lì)了一个几乎相同的(de)实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地(dì)球(qiú)穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同(tóng)的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的(de)证据了。但是(shì)由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目(mù)前还无(wú)法提(tí)供相应的数据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜其中(zhōng)一(yī)个关(guān)键的(de)用途就是探(tàn)索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物(wù)理中心的(de)科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有(yǒu)另一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这种暗物质效(xiào)应(yīng)，会支(zhī)持宇宙当中生命(mìng)的(de)诞生，或者说是生命进化的一个重要(yào)因素(sù)。

如果这一(yī)理(lǐ)论得(dé)到(dào)进(jìn)一步的证实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不(bù)会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗(àn)物质正在通(tōng)过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些(xiē)推论的(de)大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在的(de)实际(jì)证(zhèng)据(jù)。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持(chí)是我更新(xīn)的(de)动力！

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