宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了(le)寻找暗(àn)物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去(qù)的(de)几十年(nián)当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何(hé)的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万有引力定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当(dāng)天(tiān)文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有引力(lì)定律的时候，他们就会(huì)知道(dào)，周围(wéi)一定有未知的(de)天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄(shè)动它(tā)的(de)轨(guǐ)道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的(de)异常(cháng)，推算(suàn)并(bìng)且发(fā)现了海(hǎi)王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力(lì)定律(lǜ)所(suǒ)取得重大天文成就的(de)例(lì)子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或者是星团的尺度(dù)，事(shì)情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个(gè)由数千个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测(cè)量星系团的质量一(yī)般会使(shǐ)用到两(liǎng)种方法，当两种(zhǒng)方法结果一(yī)致，就可以(yǐ)确(què)定其质量的范围。

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

第二种是动力学(xué)质量(liàng)的计(jì)算，是利(lì)用光谱红移(yí)测量星系团中(zhōng)的各个星(xīng)系相(xiāng)对(duì)于星系团的运(yùn)动速(sù)度(dù)。当(dāng)测(cè)量(liàng)结果出(chū)来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见(jiàn)光(guāng)的(de)形(xíng)式所(suǒ)存在，我们无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速(sù)度(dù)的(de)过(guò)程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多(duō)星系(xì)的速度比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质(zhì)量(liàng)所产(chǎn)生的引(yǐn)力是(shì)无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们(men)早就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除(chú)非有一种神(shén)秘(mì)的力(lì)量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的(de)物质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出了这样部(bù)分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝大部分的(de)质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人(rén)们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现(xiàn)。天文学家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特(tè)福特(tè)在观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的(de)恒星(xīng)运动。理论上(shàng)来说，距(jù)离中(zhōng)心(xīn)越远的(de)恒(héng)星在(zài)其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。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(lí)的增加，恒(héng)星的旋转速(sù)度(dù)几乎保持(chí)不变(biàn)。可(kě)是根据(jù)牛(niú)顿的(de)万有引力定律，在星系(xì)当中如果(guǒ)没(méi)有足够大的(de)质量(liàng)来(lái)吸引它(tā)们，这些(xiē)外围(wéi)的恒(héng)星(xīng)早就(jiù)被(bèi)甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科(kē)学家们(men)会使用一(yī)种相对(duì)标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在(zài)，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测(cè)量(liàng)星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出(chū)现异常的结果，就(jiù)认(rèn)为是由(yóu)暗(àn)物(wù)质(zhì)的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更远距离(lí)的(de)氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的(de)太阳系(xì)也不例(lì)外(wài)，太阳系(xì)位(wèi)于银(yín)河系的第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个(gè)实(shí)际速度远远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的原因很可能就是存(cún)在(zài)着一(yī)种我们看不(bù)到的(de)物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来(lái)越多的研(yán)究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家(jiā)根据星系外(wài)恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应(yīng)的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速(sù)度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银(yín)河系不多，但是星(xīng)系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河(hé)系的千(qiān)分之一(yī)山衔落日浸寒漪中的衔字是什么意思，衔的意思。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们使用(yòng)最(zuì)先进的望远(yuǎn)镜对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之(zhī)后，发现星(xīng)系(xì)中(zhōng)的(de)恒星运动(dòng)是(shì)可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出(chū)，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另(lìng)一(yī)个大(dà)星系剥(bō)离了(le)。奇(qí)怪的是，它的附(fù)近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除(chú)了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种可能就是人(rén)类对引(yǐn)力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度(dù)空间(jiān)中的工作方式是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度(dù)中的天体会沿(yán)着它(tā)们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式(shì)运动。但是上升到星(xīng)系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用则是(shì)不(bù)同的方式(shì)。对于在星系(xì)团(tuán)之间的相互作用(yòng)，科学家还引(yǐn)入了外部场效(xiào)应的(de)概念，指(zhǐ)的是(shì)在数百万光(guāng)年(nián)的规模(mó)上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊(shū)的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味(wèi)着我们需要山衔落日浸寒漪中的衔字是什么意思，衔的意思对现在的(de)物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗(àn)物质假说(shuō)理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质(zhì)存(cún)在的其(qí)他(tā)的理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据，这(zhè)些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光(guāng)年(nián)的(de)子弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似(shì)这样的(de)星团，它们大部分的普通质量都在(zài)星系的气体当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度(dù)大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分(fēn)的质量将位于所(suǒ)有这些气体所在的中(zhōng)间区(qū)域(yù)。那么我(wǒ)们通过什么来验(yàn)证(zhèng)它的质量区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可(kě)以明显地(dì)看到(dào)很多星系(xì)似乎被拉伸产生了(le)巨大(dà)的形变。其实这(zhè)些星系本身(shēn)并不是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也(yě)不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题，而(ér)是这样极(jí)遥(yáo)远的天体(tǐ)和我们地球(qiú)上的(de)观测者(zhě)之间。被一个(gè)质量超(chāo)级巨(jù)大的(de)天体遮挡，这个(gè)超大质量的(de)东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的(de)光都(dōu)发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现象就是(shì)引力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的天体可能是超(chāo)大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解释(shì)方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的(de)质量(liàng)气体被卡在了(le)中间，暗(àn)物(wù)质则直(zhí)接(jiē)通过(guò)了(le)这个区域(yù)，并在两(liǎng)边形(xíng)成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透(tòu)镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无(wú)阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年(nián)之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留下了各相同性的微(wēi)波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷(lěng)的(de)区域，但实际上它们(men)之(zhī)间的温(wēn)差(chà)只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离后的(de)二值图像进行连通域(yù)提取和标记之后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中没有暗(àn)物质(zhì)，图形(xíng)看起来不(bù)应该是这样的(de)，而随(suí)着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的(de)幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景(jǐng)辐射的测量值，我们需要(yào)的(de)暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是(shì)一致的(de)。这就意味着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很(hěn)多不(bù)同的观测结(jié)果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力来(lái)相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就(jiù)相当(dāng)于找到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科学家们已经提出了数(shù)十种的假想目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实验(yàn)方式(shì)也不相(xiāng)同(tóng)。在过去的(de)几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相互(hù)作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经(jīng)进行了超过50次的(de)实(shí)验(yàn)，却没有任何实(shí)质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实(shí)验室，这(zhè)个实(shí)验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗(àn)物质粒子的(de)周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经(jīng)过(guò)了20多年的(de)数据(jù)收集，人们(men)发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月(yuè)份达(dá)到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是(shì)人(rén)类发(fā)现暗(àn)物质的第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但是(shì)为什么暗物质会(huì)产生周期性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕着(zhe)银河系进(jìn)行移(yí)动(dòng)，那么如果暗物(wù)质存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意味(wèi)着我们(men)也在以这样的速(sù)度在穿越(yuè)着暗物质流，这个(gè)过程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的(de)时(shí)间(jiān)，地(dì)球围绕太阳(yáng)的(de)方向与(yǔ)太(tài)阳环(huán)绕银(yín)河(hé)系的方向是一致的，而另外半(bàn)年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这(zhè)是理论上地球穿越(yuè)暗物(wù)质流(liú)最快的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系(xì)相对银河(hé)系(xì)的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可(kě)以用来(lái)解释，研究人员(yuán)们(men)所观测到的(de)周期性(xìng)信号。当然(rán)也可能有(yǒu)其他的(de)情况(kuàng)，造(zào)成这种年度周期信号(hào)的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高(gāo)山(shān)上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利(lì)游客的(de)数量也(yě)符(fú)合这个(gè)周期的(de)规律。

所以，科学(xué)家们(men)又在(zài)南半球建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在(zài)这(zhè)里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特(tè)征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可(kě)以(yǐ)成(chéng)为暗物质所(suǒ)存在的非常(cháng)有力的证据(jù)了。但是由(yóu)于(yú)这个实(shí)验(yàn)室刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以截(jié)至目前还无法提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台(tái)太(tài)空望远镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的(de)用途就是探索暗(àn)物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了(le)。费米实验室(shì)粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的(de)科(kē)学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种暗物(wù)质(zhì)效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或(huò)者说(shuō)是(shì)生(shēng)命(mìng)进化的一(yī)个(gè)重(zhòng)要(yào)因素。

如(rú)果这一(yī)理论(lùn)得到进一步的证(zhèng)实，那(nà)么(me)遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中的(de)暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个(gè)角(jiǎo)落的行星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前提是要先找到暗物质存在的(de)实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗(àn)物质(zhì)到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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