宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是(shì)什么？人类(lèi)为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十(shí)年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是(shì)却(què)没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲(zhé)学数学(xué)原(yuán)理一(yī)书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的(de)规律(lǜ)。往(wǎng)后的(de)几(jǐ)百年来，当天文学家(jiā)们发(fā)现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道出现异常(cháng)，不(bù)符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未(wèi)知(zhī)的天体通过引力(lì)在摄(shè)动(dòng)它的(de)轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通(tōng)过天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发(fā)现了海xo酒酒精度多少度 xo酒是哪个国家生产的王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力(lì)定律所(suǒ)取得(dé)重大天文(wén)成就的(de)例子(zi)。但是这些发现都是在恒星系统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我们(men)上升到星系或者是星团(tuán)的(de)尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹威基正在(zài)研究(jiū)和(hé)测量后(hòu)发(fā)星系团的(de)质(zhì)量。这是一(yī)个由(yóu)数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确(què)定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需要的数(shù)据是测量各个星系的(de)光度。

第(dì)二(èr)种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团中的各(gè)个星(xīng)系(xì)相对于星(xīng)系团的运动速(sù)度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基(jī)发现星(xīng)系(xì)团(tuán)中很多星系的(de)速(sù)度比理(lǐ)论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应该(gāi)被(bèi)抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了这样部分不(bù)可见的暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分的(de)质(zhì)量(liàng)。只是当时(shí)的(de)人们(men)对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这(zhè)个词(cí)才再一次(cì)出现。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系(xì)中的恒(héng)星运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速(sù)度就会越慢。但是他们观(guān)测的结果却让(ràng)人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保(bǎo)持不(bù)变(biàn)。可(kě)是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的(de)质(zhì)量来吸引它(tā)们(men)，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对(duì)标(biāo)准(zhǔn)的(de)方(fāng)法来解释暗(àn)物(wù)质(zhì)的存在，这种方法就是测(cè)量星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴上距(jù)离星系(xì)中心(xīn)的距离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星(xīng)系中心更远距(jù)离的氢元素(sù)，发现它们(men)的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力(lì)学(xué)定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银(yín)河系的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定(dìng)律进(jìn)行(xíng)计算，太阳系的运行(xíng)速度(dù)应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论速度，那(nà)么产(chǎn)生以上这种向心加速度(dù)的原因很可能就是存(cún)在着一种我们看不(bù)到的物质，是(shì)这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越(yuè)多的研究人(rén)员开(kāi)始相信(xìn)暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗物(wù)质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度(dù)上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发(fā)现了一个反(fǎn)常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个(gè)星(xīng)系距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该星系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则就会分崩(bēng)离(lí)析。但(dàn)是科(kē)学家(jiā)们使用最先进的(de)望远镜(jìng)对其(qí)进行了(le)40个小时(shí)的详细(xì)测(cè)量(liàng)之后(hòu)，发现星(xīng)系(xì)中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物(wù)质(zhì)和力学定(dìng)律来解释的。那(nà)么(me)又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附(fù)近的另一个大(dà)星(xīng)系剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成这些现象的除了(le)暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能(néng)就是(shì)人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力很可能在(zài)不(bù)同尺度空间中的(de)工作方(fāng)式(shì)是(shì)不(bù)同的，这意(yì)味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星系和(hé)星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系(xì)团之间的(de)相(xiāng)互作(zuò)用，科学(xué)家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的(de)规模(mó)上，巨大的质(zhì)量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这(zhè)意味着我们需要对(duì)现在的物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人(rén)认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当(dāng)中还(hái)有关于(yú)暗物质存在(zài)的(de)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(fǎ)解释的“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星(xīng)系(xì)团所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量都在星(xīng)系的气体(tǐ)当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气(qì)体的相互(hù)作(zuò)用就(jiù)会(huì)导致(zhì)温度的急剧升高(gāo)，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星(xīng)系(xì)团大部(bù)分的质量(liàng)将位于(yú)所有这(zhè)些气体所在的(de)中间区域(yù)。那么我们(men)通过(guò)什么来验证它(tā)的质量区域到底是(shì)不是(shì)集中在(zài)中(zhōng)间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地看到(dào)很多星系似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大的形变。其(qí)实这(zhè)些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么(me)问(wèn)题，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上(shàng)的观(guān)测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质量(liàng)的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的(de)光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个现象就是引力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大的天(tiān)体可能(néng)是超(chāo)大(dà)质量的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的(de)时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星团发生全部(bù)的(de)碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力(lì)透镜。对(duì)子(zi)弹星系团的引力(lì)透镜研究也被认为(wèi)是(shì)暗(àn)物质存在(zài)的(de)迄(qì)今为止(zhǐ)最(zuì)好的(de)理论证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终于可以畅(chàng)通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间(jiān)背景上(shàng)留下了各(gè)相同性的(de)微波辐(fú)射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示(shì)相(xiāng)对较(jiào)冷的区域，但实际上它(tā)们(men)之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家(jiā)们通过(guò)对前景背景分离后(hòu)的二值图像进行连通(tōng)域(yù)提取(qǔ)和标记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看起来不应(yīng)该(gāi)是这样的，而随(suí)着暗物(wù)质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐射的测量(liàng)值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释星(xīng)系当中恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)所需要的暗物(wù)质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理(lǐ)论框架(jià)，就(jiù)很好(hǎo)地解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质的(de)本(běn)质就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它们(men)不参与任何其他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过(guò)引(yǐn)力来相互(hù)作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就相当于(yú)找到了暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底是(shì)什么？科学家们(men)已经提出了数十种的假想目(mù)标，而要寻(xún)找这(zhè)些不(bù)同的目标粒(lì)子所需(xū)要的实验方(fāng)式(shì)也不相同(tóng)。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗(àn)物质”，科学家们已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任何(hé)实质性(xìng)的发(fā)现，除了一个地方，意大(dà)利的(de)格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在(zài)山(shān)下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上(shàng)最(zuì)大的地(dì)学实验室，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层(céng)楼高的探测(cè)器，一(yī)直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的(de)事情。探测率(lǜ)会在(zài)每年的6月(yuè)份(fèn)达到(dào)峰值，然后在(zài)11月(yuè)降(jiàng)到最低，而(ér)且在(zài)20年当中(zhōng)每年(nián)都是一样。一些(xiē)科学家(jiā)认为这(zhè)可能是人类发现暗物质(zhì)的第一(yī)个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产(chǎn)生周期(qī)性(xìng)的(de)年(nián)度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的(de)速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在(zài)以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过程中会(huì)产生(shēng)相(xiāng)应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地(dì)球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时间(jiān)，地球(qiú)围绕(rào)太(tài)阳的方(fāng)向与太阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而(ér)另(lìng)外(wài)半(bàn)年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的(de)方(fāng)向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系(xì)相对(duì)银河系的(de)平面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这(zhè)个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因此科(kē)学家(jiā)认为这可以用(yòng)来解释，研究人员(yuán)们所观测到(dào)的(de)周(zhōu)期性(xìng)信(xìn)号。当然也可(kě)能有其他的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上(shàng)xo酒酒精度多少度 xo酒是哪个国家生产的的(de)积雪，甚(shèn)至连意大利(lì)游客的数(shù)量也符合(hé)这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又在南半球(qiú)建立了一个(gè)几乎(hū)相同的实(shí)验室，这里的季节(jié)与之前(qián)的实验室正好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质(zhì)流的运(yùn)动特征和第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在(zài)这里可(kě)以(yǐ)得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所(suǒ)存在的非常(cháng)有力的证据了。但(dàn)是由于这(zhè)个实验(yàn)室(shì)刚刚(gāng)建成不(bù)久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前还(hái)无法提(tí)供(gōng)相(xiāng)应的(de)数据支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的(de)主(zhǔ)镜大(dà)小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的(de)视野(yě)是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一(yī)个关键的用途就是(shì)探索暗(àn)物质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验室(shì)粒子天体物(wù)理中心的科(kē)学(xué)家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会(huì)支(zhī)持宇宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者(zhě)说(shuō)是生命(mìng)进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论(lùn)得到进一(yī)步的证实(shí)，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物质会不会(huì)意味(wèi)着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过(guò)这样的(de)效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大(dà)前(qián)提是(shì)要先找到暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的(de)实(shí)际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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