宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科(kē)学(xué)无法解释的(de)“暗(àn)物(wù)质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是什(shén)么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证(zhèng)据(jù)，科学(xué)家们在过(guò)去的几(jǐ)十(shí)年当中(zhōng)进行了超(chāo)过50次的(de)长期实验，但是却没(méi)有发现(xiàn)任何的(de)有效证据。除了一(yī)个(gè)地(dì)方，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲(zhé)学数(shù)学原理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛(niú)顿(dùn)发(fā)表了万(wàn)有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运(yùn)动的规(guī)律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体运行(xíng)轨道出(chū)现(xiàn)异常，不符合万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知(zhī)的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星(xīng)运(yùn)行轨道(dào)的异常，推算并且(qiě)发现了海王星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得(dé)重(zhòng)大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们上升到星系或(huò)者是(shì)星团(tuán)的(de)尺度，事(shì)情就开始变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学(xué)家(jiā)弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后(hòu)发星系团的质量(liàng)。这是一个由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质(zhì)量一般会(huì)使用到(dào)两种方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范(fàn)围。

第(dì)一(yī)种科幻小说的三要素是哪三要素，小说的三要素是哪三要素的内容是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要(yào)的数据是测量(liàng)各个(gè)星系的(de)光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动(dòng)力学质量的计(jì)算，是利用光(guāng)谱红移(yí)测量星(xīng)系团(tuán)中的各个星系(xì)相(xiāng)对(duì)于(yú)星系团的运动速度(dù)。当(dāng)测量(liàng)结果(guǒ)出(chū)来(lái)之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团(tuán)有99%的(de)质量消失(shī)了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并(bìng)不(bù)以(yǐ)可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异的(de)是(shì)，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系团(tuán)中很多星系的速(sù)度比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量(liàng)所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团(tuán)内的(de)，它(tā)们早(zǎo)就(jiù)应该被(bèi)抛(pāo)出(chū)星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗(àn)质，它不(bù)发(fā)散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对(duì)这样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福(fú)特在观测仙女(nǚ)座星(xīng)系(xì)中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星(xīng)在其轨(guǐ)道上的运行速度(dù)就(jiù)会越慢(màn)。但是他们观(guān)测(cè)的结果却让人感到不(bù)可(kě)思议。

随着与中心距离(lí)的(de)增加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力(lì)定律，在星系当中(zhōng)如(rú)果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中(zhōng)了(le)。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使(shǐ)用一(yī)种相对标(biāo)准的方(fāng)法(fǎ)来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就是(shì)测量星系当中气(qì)体在X轴上距离(lí)星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的(de)结果，就(jiù)认(rèn)为(wèi)是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是科学(xué)家们通过(guò)射电(diàn)望远镜测量了距(jù)离星系中心更(gèng)远距离的氢(qīng)元素，发现它(tā)们(men)的(de)旋转速度(dù)并不符合(hé)牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力(lì)定律进(jìn)行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心(xīn)加(jiā)速度的原因很(hěn)可能(néng)就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的(de)物质(zhì)，是(shì)这些(xiē)暗物质的(de)引(yǐn)力效应将星系聚(jù)集在了(le)一(yī)起。

也是从这时开始，越(yuè)来(lái)越多的(de)研究人(rén)员(yuán)开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质的存在(zài)。科(kē)学家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的(de)遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也会出(chū)现(xiàn)速(sù)度上(shàng)的微小差(chà)异。另外，天文学(xué)家还发现(xiàn)了一个(gè)反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距(jù)离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多(duō)，但(dàn)是星系当中存在的(de)恒星数量却只有银河(hé)系的千分之一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该(gāi)星(xīng)系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使(shǐ)用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的(de)详细测量之(zhī)后(hòu)，发现星系中的恒(héng)星运动(dòng)是可(kě)以用正(zhèng)常的物质和(hé)力学定律来解释的。那么(me)又有(yǒu)人提出，也许该星(xīng)系的暗(àn)物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离了(le)。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近没有任(rèn)何星系(xì)存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假说(shuō)之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还(hái)不够全面，引(yǐn)力很可能在不(bù)同尺度空间中的工作方式是不(bù)同(tóng)的，这(zhè)意味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理(lǐ)解的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之间的相互作(zuò)用(yòng)则是不同的方式。对(duì)于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了(le)外部场效(xiào)应(yīng)的概念，指的是在数(shù)百万光年(nián)的(de)规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发(fā)现也让很多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关(guān)于暗物质存在的其(qí)他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系团所组成，类(lèi)似(shì)这样的(de)星团，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都在星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的(de)相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在(zài)理论(lùn)上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系团大(dà)部分的质量将(jiāng)位于所有(yǒu)这(zhè)些气(qì)体所在的中间区(qū)域。那么(me)我们通过什么(me)来(lái)验(yàn)证它的质量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以明显地(dì)看到很多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸(shēn)产生了巨(jù)大(dà)的(de)形变(biàn)。其实(shí)这些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和(hé)我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质(zhì)量(liàng)超(chāo)级(jí)巨大的(de)天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了(le)扭曲(qū)。这个(gè)现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗(àn)物(wù)质(zhì)。

所以当人(rén)们对(duì)子弹星(xīng)系团观测(cè)的(de)时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到(dào)的(de)质量(liàng)气(qì)体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过了这个(gè)区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成(chéng)了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据(jù)。

除(chú)此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可见光终于(yú)可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空间背景上(shàng)留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其(qí)中(zhōng)红色的部分(fēn)表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较冷的区域，但实际(jì)上它(tā)们之间的(de)温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过(guò)对(duì)前景背景分离后的二值(zhí)图(tú)像进行(xíng)连通域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配(pèi)宇宙微(wēi)波(bō)背景(jǐng)辐射的(de)测量(liàng)值(zhí)，我(wǒ)们需要的(de)暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与(yǔ)解释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一(yī)致的。这就意(yì)味着。

用了一个(gè)简单的(de)理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗物(wù)质的本质就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某种类型的(de)粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果能够(gòu)找到(dào)这种粒子的存在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗(àn)物(wù)质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已(yǐ)经提(tí)出了数十(shí)种(zhǒng)的假(jiǎ)想目(mù)标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的(de)实验方式也(yě)不相(xiāng)同。在(zài)过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不会与(yǔ)常规(guī)物质(zhì)相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次(cì)的(de)实(shí)验(yàn)，却(què)没(méi)有任何(hé)实(shí)质性的(de)发现，除了一个地方，意(yì)大利的格(gé)兰(lán)萨(sà)索山，隶(lì)属(shǔ)于(yú)阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的(de)地下矿井当中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的(de)探(tàn)测(cè)器，一(yī)直致力于寻找暗物(wù)质(zhì)粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称(chēng)观(guān)测到了某种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年的数据收集，人(rén)们发(fā)现(xiàn)了一个(gè)有趣(qù)的事情。探(tàn)测(cè)率会(huì)在每(měi)年的(de)6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年(nián)当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为这可能(néng)是人类发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着我们(men)也在以这样(yàng)的速度在(zài)穿(chuān)越(yuè)着暗物(wù)质流(liú)，这个过程中会产生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕(rào)银河系的方(fāng)向是(shì)一(yī)致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地(dì)球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为这(zhè)可(kě)以用(yòng)来解(jiě)释(shì)，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然(rán)也可能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造(zào)成这种年度周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个(gè)周期(qī)的(de)规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南半(bàn)球建立(lì)了一个几乎相同的实验(yàn)室(shì)，这里的季节与之(zhī)前的(de)实验室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这里，地(dì)球(qiú)穿过(guò)暗物质流的运动特征和第一(yī)个(gè)实验室是(shì)一样的。

因此，如果在(zài)这里可以得(dé)到(dào)相同(tóng)的(de)信号，就(jiù)可以成为暗(àn)物质所存在的非(fēi)常有力的(de)证据了。但是(shì)由于这个实验室(shì)刚刚(gāng)建成不(bù)久，所(suǒ)以截至目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做(zuò)“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的(de)视野是(shì)哈勃红外仪(yí)器的100倍(bèi)。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以(yǐ)待了。费米实验室(shì)粒子天体(tǐ)物理中(zhōng)心(xīn)的(de)科学(xué)家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研(yán)究发(fā)现，如果暗(àn)物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的效(xiào)应(yīng科幻小说的三要素是哪三要素，小说的三要素是哪三要素的内容)，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生命的(de)诞(dàn)生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过这样的(de)效应创造(zào)生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先找到暗(àn)物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。那么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉(jué)得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更(gèng)新的动力！

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