宇(yǔ)宙是(shì)“人为制(zhì)造(zào)”的(de)？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在(zài)的证据，科学家们(men)在(zài)过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的(de)长期实验，但(dàn)是(shì)却没(méi)有(yǒu)发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力(lì)定律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天体运动的(de)规(guī)律。往后的几百年(nián)来，当(dāng)天文(wén)学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有引力定律(lǜ)的时候，他们(men)就(jiù)会知道，周围一定有未知(zhī)的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通过(guò)天王星运行轨道(dào)的异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了海王星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引力(lì)定律所(suǒ)取菠萝蜜不熟剥开后还能再放熟吗，菠萝蜜不熟剥开后还能再放熟吗得重大天文成就的例子(zi)。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可(kě)当我们上升(shēng)到星系(xì)或者是星团的(de)尺度，事情(qíng)就(jiù)开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学(xué)家弗(fú)里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发(fā)星系团的(de)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(bèi)引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用(yòng)到两(liǎng)种方法，当两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可(kě)以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得(dé)其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的(de)计(jì)算(suàn)，是利用(yòng)光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团(tuán)的运动速度(dù)。当测量结果出来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光(guāng)度(dù)学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的(de)质(zhì)量(liàng)消(xiāo)失了，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并不以可见光(guāng)的形式所存在(zài)，我们无(wú)法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度(dù)的过程中，兹(zī)威基(jī)发现星(xīng)系团中很(hěn)多星系的速(sù)度(dù)比理论上(shàng)要快得(dé)多(duō)，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见星(xīng)系的质量所产生的引(yǐn)力是无(wú)法将它们(men)束缚(fù)在星(xīng)系团内(nèi)的(de)，它们(men)早就(jiù)应该被抛出星(xīng)系团之(zhī)外(wài)了，除非有一(yī)种神秘的(de)力量在起(qǐ)作用(yòng)，这(zhè)种力量来源于某(mǒu)种隐形的物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们(men)却占(zhàn)据(jù)着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对(duì)这样的(de)一种说法(fǎ)不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观(guān)测仙(xiān)女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离(lí)的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没(méi)有足够大(dà)的质(zhì)量来吸引它(tā)们，这(zhè)些外围的(de)恒(héng)星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基(jī)于这种现象，科学家们会使用一(yī)种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力(lì)量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离星系中心(xīn)更远距(jù)离(lí)的氢元素，发(fā)现(xiàn)它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不(bù)符(fú)合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太(tài)阳(yáng)系也不(bù)例外，太(tài)阳系位于银(yín)河系的第(dì)三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根(gēn)据(jù)万有引力(lì)定律进(jìn)行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运行速(sù)度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那么(me)产生以上这种向心加速度的原因很可能(néng)就是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们(men)看(kàn)不到的物质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员(yuán)开始相信(xìn)暗物质的存(cún)在。科学(xué)家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗(àn)物(wù)质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家们(men)发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒(héng)星之间，也会出现(xiàn)速(sù)度(dù)上的微小差异。另外(wài)，天文(wén)学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大(dà)约(yuē)2.5亿(yì)光年(nián)，大(dà)小和银河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒(héng)星数量(liàng)却只有(yǒu)银河系的(de)千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的(de)望远镜对(duì)其进行了(le)40个(gè)小时的详细测量之后，发现星(xīng)系(xì)中的恒星(xīng)运动是可(kě)以用正(zhèng)常的物质和力学定(dìng)律来解释(shì)的。那么(me)又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是(shì)，它(tā)的附近没有任(rèn)何星(xīng)系存在。造成这些(xiē)现象的除了(le)暗(àn)物质(zhì)的(de)假(jiǎ)说之外(wài)，另一(yī)种可能就是人(rén)类对引力的理解还不够(gòu)全(quán)面，引力很可(kě)能在不(bù)同尺度空(kōng)间中的工作方式是不同(tóng)的，这(zhè)意味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们(men)的轨道，按照我们所理(lǐ)解的(de)方式(shì)运动。但是(shì)上升到星(xīng)系和星团的(de)尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是不(bù)同的方式。对于在(zài)星系团之间的相(xiāng)互(hù)作用，科学家还引入了(le)外部(bù)场效(xiào)应的概念(niàn)，指的是(shì)在数百万光(guāng)年的规(guī)模上(shàng)，巨(jù)大的质量(liàng)之间会(huì)产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也(yě)让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗(àn)物(wù)质菠萝蜜不熟剥开后还能再放熟吗，菠萝蜜不熟剥开后还能再放熟吗存在的其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿光(guāng)年的子弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部(bù)分(fēn)的普通(tōng)质(zhì)量(liàng)都在星系的气(qì)体当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发(fā)生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大(dà)幅(fú)降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的(de)中间区域(yù)。那么我们通过什么来验(yàn)证它的质量(liàng)区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远镜传(chuán)回了(le)宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全(quán)彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明(míng)显地看到(dào)很(hěn)多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系(xì)本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是(shì)这(zhè)样极(jí)遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个(gè)质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的(de)东西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了(le)扭曲(qū)。这(zhè)个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天(tiān)体可(kě)能是超大质(zhì)量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系(xì)团观测的时候，发现它(tā)的大质量区域并(bìng)不是在中间，而(ér)是在两侧(cè)。所以最好的解(jiě)释方法(fǎ)就(jiù)是当(dāng)星团发生全部(bù)的(de)碰撞时，可被观(guān)测到的质量气(qì)体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直(zhí)接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星(xīng)系(xì)团的引力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古(gǔ)老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多(duō)亿(yì)年之后，这(zhè)些光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各相同性(xìng)的微(wēi)波辐射。其(qí)中(zhōng)红色的部分(fēn)表示(shì)温(wēn)度较高的区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相(xiāng)对(duì)较冷的区域(yù)，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科(kē)学家们通过对前(qián)景背景分离(lí)后的(de)二值图像进行连通域提取和标记之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不应该(gāi)是这样(yàng)的，而随着(zhe)暗物质(zhì)的(de)增加，一些峰值的(de)幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的(de)暗(àn)物质(zhì)大(dà)约(yuē)是(shì)普通物质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解释(shì)星系当(dāng)中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意(yì)味着(zhe)。

用(yòng)了一(yī)个(gè)简单的(de)理论框架，就很好(hǎo)地(dì)解释了很多不同的观测(cè)结果。而暗(àn)物质的(de)本质(zhì)就(jiù)是(shì)宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某种类型(xíng)的粒子(zi)，它(tā)们(men)不参与任何其他(tā)的电(diàn)磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能(néng)够找到(dào)这种粒子(zi)的存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什(shén)么？科学家们已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的(de)假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了(le)寻找这些(xiē)看(kàn)不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗物质”，科(kē)学家们(men)已经(jīng)进(jìn)行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却(què)没有任何实质性(xìng)的发现，除了(le)一个(gè)地方(fāng)，意大(dà)利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上最大(dà)的地学实(shí)验室，这个(gè)实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称(chēng)观测到(dào)了某种信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了一(yī)个有趣的(de)事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当(dāng)中(zhōng)每年(nián)都是(shì)一样。一(yī)些科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗物质的第一(yī)个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意(yì)味(wèi)着我们也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕(rào)银(yín)河系的方向是一(yī)致(zhì)的(de)，而另外半(bàn)年则与(yǔ)之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份的时候(hòu)，地(dì)球与太阳的(de)方向(xiàng)正好(hǎo)达到完(wán)全一致，这是(shì)理论(lùn)上地球穿越暗(àn)物质(zhì)流(liú)最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到(dào)了最慢(màn)值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平(píng)面呈现了(le)60度的(de)倾斜，但是(shì)这并不影(yǐng)响这个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科(kē)学家认为这可以用(yòng)来解释，研究人员(yuán)们(men)所观测到(dào)的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可(kě)能有(yǒu)其(qí)他的情况，造成这种年度周期(qī)信号的差异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实(shí)验(yàn)室(shì)是一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在(zài)这里可以得到(dào)相同的信(xìn)号，就可以成(chéng)为(wèi)暗物质(zhì)所存在(zài)的(de)非常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但是由(yóu)于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前(qián)还无法提供相应的(de)数(shù)据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望(wàng)远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的(de)视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用(yòng)途就(jiù)是探(tàn)索暗物(wù)质背后(hòu)的奥秘，对于探测(cè)的(de)结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验(yàn)室粒子(zi)天体物(wù)理中心的(de)科学(xué)家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有(yǒu)另一(yī)种(zhǒng)神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生命进化的一(yī)个(gè)重要(yào)因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物(wù)质会(huì)不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落(luò)的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过这样的(de)效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据。那么(me)小伙伴们(men)，你们觉得(dé)暗(àn)物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我更新的(de)动力！

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