宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们在过去的(de)几十年当(dāng)中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是(shì)却没(méi)有发现任(rèn)何的(de)有效证据(jù)。除了(le)一个地(dì)方，在1687年出(chū)版的(de)自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动的(de)规律。往后的(de)几(jǐ)百年来(lái)，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知(zhī)的天体通(tōng)过(guò)引(yǐn)力在(zài)摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天(tiān)王星运(yùn)行轨道(dào)的异(yì)常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的(de)发(fā)现(xiàn)都是(shì)应用(yòng)万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律所(suǒ)取得重大天文成(chéng)就(jiù)的例子。但是(shì)这些发现都是在(zài)恒星(xīng)系统的尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我(wǒ)们上(shàng)升到星(xīng)系或者是星团的(de)尺度(dù)，事(shì)情就开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星系团的质量。这(zhè)是一个由数(shù)千(qiān)个(gè)星(xīng)系(xì)所(suǒ)组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一(yī)致，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中的(de)各个(gè)星系相(xiāng)对于星系团的(de)运(yùn)动速度(dù)。当测(cè)量结果出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所存在，我们(men)无法看到。最诡异的是(shì)，在(zài)测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团中很多(duō)星系的(de)速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是无(wú)法将它们束缚(fù)在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除(chú)非(fēi)有一(yī)种神(shén)秘的力量(liàng)在(zài)起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据(jù)着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才(cái)再一(yī)次出现。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系(xì)中的恒星(xīng)运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远(yuǎn)的(de)恒星在其(qí)轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却让人感到不可思议(yì)。

随着(zhe)与中心距离的增加(jiā)，恒星的(de)旋转速度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引力定(dìng)律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的(de)质量来吸引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法(fǎ)就是测(cè)量星系(xì)当中气体在(zài)X轴上距离(lí)星系中心(xīn)的(de)距离，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学(xué)家(jiā)们通过射电望(wàng)远镜测量了(le)距(jù)离星系中(zhōng)心(xīn)更(gèng)远距离(lí)的(蟑螂在床上爬了还能睡吗，蟑螂在床上爬了还能睡吗de)氢(qīng)元素，发现(xiàn)它(tā)们的旋转速(sù)度(dù)并不符合牛顿的(de)力学定(dìng)律。我们的太阳系(xì)也不例(lì)外，太阳系位(wèi)于(yú)银河(hé)系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引(yǐn)力(lì)定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际(jì)速度远远大于(yú)理论速度(dù)，那么(me)产生以上这种向心(xīn)加速度的原因很可能就(jiù)是存在着(zhe)一种我(wǒ)们(men)看不到的物质，是(shì)这些暗物质的(de)引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多(duō)的研究(jiū)人员(yuán)开始(shǐ)相信(xìn)暗(àn)物(wù)质(zhì)的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算(suàn)在(zài)星(xīng)系当中暗(àn)物质的质量占整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一(yī)可以解释这个现象的(de)原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引(yǐn)力效应(yīng)的(de)遥远恒(héng)星(xīng)之(zhī)间，也会出现速度(dù)上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是(shì)星系当中存在的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有银河系的(de)千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析(xī)。但是科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后(hòu)，发现星系(xì)中的恒星运(yùn)动是(shì)可以(yǐ)用正常的物质和力(lì)学(xué)定律来解(jiě)释的(de)。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也许该星(xīng)系的暗物(wù)质(zhì)，已经(jīng)被附(fù)近(jìn)的另一个大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造(zào)成这些(xiē)现(xiàn)象(xiàng)的除了(le)暗物质的(de)假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面(miàn)，引力(lì)很可(kě)能在(zài)不同(tóng)尺度空间中的工(gōng)作方(fāng)式是不同的，这意(yì)味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会(huì)沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是(shì)上升到(dào)星系和星团的(de)尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是不同的(de)方式。对于在星(xīng)系团之间的(de)相(xiāng)互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年(nián)的规模上，巨(jù)大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的(de)效(xiào)果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这(zhè)些发现也让(ràng)很(hěn)多人(rén)认为暗(àn)物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于(yú)暗物质(zhì)存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿(yì)光(guāng)年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际(jì)气体的相互作用就会(huì)导致(zhì)温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分(fēn)的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区域(yù)。那么我(wǒ)们通过什(shén)么来验证(zhèng)它的质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜传回(huí)了(le)宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以明显(xiǎn)地看(kàn)到很多(duō)星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实(shí)这些星(xīng)系(xì)本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什(shén)么(me)问(wèn)题，而是(shì)这样极遥远(yuǎn)的天体和我们(men)地球上(shàng)的(de)观测(cè)者之间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大(dà)的天体遮挡，这个(gè)超大质量的东西的(de)引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个(gè)现象就(jiù)是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可(kě)能是超(chāo)大(dà)质量的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不(bù)是在中间，而是(shì)在(zài)两侧。所以最好的解(jiě)释(shì)方法(fǎ)就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在(zài)了中间(jiān)，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并在(zài)两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研(yán)究也被认为(wèi)是(shì)暗(àn)物质存在的(de)迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见光终于(yú)可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了(le)。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性的(de)微波辐(fú)射(shè)。其中红色的部分表示温(wēn)度较高的区(qū)域(yù)，蓝色则表示(shì)相对较冷的区(qū)域，但实际(jì)上它们之间的温差只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们通过(guò)对前景背(bèi)景(jǐng)分离后的二值图像(xiàng)进(jìn)行连通域(yù)提取(qǔ)和(hé)标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看起来不(bù)应该是(shì)这样的(de)，而随着(zhe)暗物质的(de)增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需要的(de)暗物(wù)质大约是(shì)普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星(xīng)运动所需(xū)要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着(zhe)。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同(tóng)的(de)观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某(mǒu)种类型的(de)粒子，它们不参与任何(hé)其他(tā)的电(diàn)磁(cí)作用(yòng)，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在(zài)，就相当于(yú)找到了暗物(wù)质(zhì)存在的(de)实际证据。这种粒子(zi)到底(dǐ)是什(shén)么(me)？科学(xué)家们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所(suǒ)需(xū)要(yào)的实验方式也不相同。在过(guò)去的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看(kàn)不见(jiàn)、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不(bù)会(huì)与常(cháng)规物质相互作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却(què)没有任何(hé)实质性的(de)发现(xiàn)，除了一个地方(fāng)，意(yì)大利的格兰(lán)萨(sà)索山，隶属(shǔ)于(yú)阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地(dì)球上(shàng)最大的地学实(shí)验室，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个(gè)三层楼高的(de)探测(cè)器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子的(de)周(zhōu)期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学(xué)家声(shēng)称(chēng)观测到了(le)某种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情(qíng)。探(tàn)测率会在每年(nián)的6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年(nián)当中每年都是一样。一些(xiē)科(kē)学家(jiā)认为这可(kě)能是人类发现暗物质(zhì)的第(dì)一个(gè)直接(jiē)证据。<蟑螂在床上爬了还能睡吗，蟑螂在床上爬了还能睡吗/p>

但是为什么暗(àn)物质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度围绕着银河(hé)系进行移(yí)动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着我们也在(zài)以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程(chéng)中会产(chǎn)生相应(yīng)的振(zhèn)荡(dàng)，同(tóng)时地球又(yòu)以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋(xuán)转。所以有半年的时间(jiān)，地(dì)球围绕(rào)太(tài)阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环(huán)绕银河系(xì)的(de)方向(xiàng)是(shì)一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论(lùn)上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这可以用来解(jiě)释，研(yán)究(jiū)人员们(men)所观(guān)测到的周(zhōu)期性(xìng)信号(hào)。当然也(yě)可能(néng)有其他的情况，造(zào)成(chéng)这种年度周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科学家们(men)又(yòu)在南半(bàn)球建立(lì)了一个(gè)几乎相同的(de)实验(yàn)室(shì)，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的(de)运动特征和(hé)第一个实验室(shì)是(shì)一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的(de)信号，就可以成(chéng)为(wèi)暗物(wù)质所存在的(de)非常有力的证(zhèng)据(jù)了。但是(shì)由于这(zhè)个实验(yàn)室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相应的(de)数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的(de)视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关(guān)键的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结(jié)果，我们只能(néng)拭目以待了(le)。费(fèi)米(mǐ)实(shí)验室粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生命进(jìn)化的(de)一个(gè)重要因(yīn)素(sù)。

如果这一理论(lùn)得到进一步(bù)的(de)证(zhèng)实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物质会不(bù)会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某个角落(luò)的行星上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过这样(yàng)的效应(yīng)创造(zào)生命。当然，这些推论(lùn)的大(dà)前(qián)提是要(yào)先找到暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。那(nà)么(me)小伙伴们(men)，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动(dòng)力！

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