宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在(zài)科学(xué)无法解释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟(jìng)是什么？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在(zài)的(de)证据(jù)，科学家们在过去(qù)的几十年当中进行了(le)超过50次的长期(qī)实验，但是(shì)却没有(yǒu)发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然哲(zhé)学(xué)数学(xué)原理一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的(de)规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现异(yì)常(cháng)，不符合万有(yǒu)引力(lì)定律的(de)时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的天(tiān)体(tǐ)通过(guò)引(yǐn)力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行(xíng)轨道(dào)的异常，推(tuī)算(suàn)并且(qiě)发(fā)现(xiàn)了海王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是(shì)应(yīng)用万(wàn)世界四大文化名人是哪4个，世界四大文化名人不包括谁有引力定律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是这些(xiē)发(fā)现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者(zhě)是星团的(de)尺度(dù)，事情就(jiù)开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究(jiū)和测(cè)量后发星系团的质量。这是一个(gè)由数千个(gè)星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一(yī)般(bān)会(huì)使用到两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结(jié)果一致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的(de)数(shù)据(jù)是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是动(dòng)力学质(zhì)量的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团中的各个星系相对于星系团的(de)运动速(sù)度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻(chè)底懵了(le)，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟(jìng)然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光(guāng)的(de)形(xíng)式所存在，我们(men)无(wú)法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是，在测量速(sù)度的(de)过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现星系(xì)团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量(liàng)所产(chǎn)生(shēng)的引(yǐn)力是(shì)无法将它们束(shù)缚在星系团内的，它(tā)们早就应(yīng)该被抛出星(xīng)系(xì)团(tuán)之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量(liàng)来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提(tí)出(chū)了这样部分不可(kě)见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它(tā)们却占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时(shí)的(de)人们对这样的(de)一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在(zài)观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但(dàn)是他(tā)们观测的(de)结果却让人感到不可思(sī)议。

随着与(yǔ)中心距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当中如果没有足(zú)够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学(xué)家们(men)会使用一种相对标准的(de)方法来解释(shì)暗物质的存在(zài)，这种方法就是测量星系当中气体在(zài)X轴(zhóu)上(shàng)距离星系(xì)中心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速(sù)度。如果出(chū)现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其中(zhōng)。

于(yú)是科学(xué)家们通过(guò)射电望(wàng)远镜测量(liàng)了距离星系中心更远距(jù)离(lí)的氢元(yuán)素，发现它(tā)们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符(fú)合牛(niú)顿(dùn)的力学定律。我们(men)的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河系的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有(yǒu)引力定律(lǜ)进行计(jì)算(suàn)，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远大于理论速(sù)度，那么(me)产生以上这种向心加速(sù)度的原因很可能就是(shì)存在(zài)着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚(jù)集在(zài)了一(yī)起。

也是从这时(shí)开始，越(yuè)来越多(duō)的(de)研究人员开始相信(xìn)暗(àn)物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中(zhōng)暗物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯一可(kě)以解(jiě)释这个(gè)现象的原(yuán)因。在一项新的研(yán)究(jiū)当中，科(kē)学家们(men)发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银(yín)河系(xì)不多，但是星系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河(hé)系的千分之一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析(xī)。但(dàn)是(shì)科(kē)学家们使用最先进(jìn)的望(wàng)远镜对(duì)其进行了40个小时(shí)的(de)详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动是可以用正(zhèng)常的物(wù)质和力(lì)学定(dìng)律来解释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附(fù)近的另(lìng)一(yī)个(gè)大星系(xì)剥离了。奇怪的(de)是，它的(de)附近没有任何(hé)星系存(cún)在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能(néng)就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中(zhōng)的(de)工作方式是不同的(de)，这意味(wèi)着在行星系(xì)尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所(suǒ)理解的方式运(yùn)动(dòng)。但是上升到星系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同(tóng)的(de)方(fāng)式。对(duì)于(yú)在(zài)星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入了外(wài)部场效应的(de)概念，指的(de)是(shì)在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对(duì)彼此特(tè)殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着我们需要对(duì)现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还(hái)有(yǒu)关于暗物质存(cún)在的(de)其(qí)他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没法解(jiě)释的(de)“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光年的子(zi)弹星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成(chéng)，类似(shì)这样的星团，它们大部(bù)分的普(pǔ)通质量都在(zài)星系(xì)的气(qì)体当中。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时(shí)发(fā)生碰(pèng)撞的(de)时候(hòu)，星际气体的相互(hù)作用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分的质量(liàng)将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么(me)来(lái)验证(zhèng)它(tā)的质(zhì)量区域到底是不(bù)是(shì)集中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们(men)可以(yǐ)明显地看到很(hěn)多星(xīng)系(xì)似乎(hū)被(bèi)拉伸产生了巨(jù)大的形变(biàn)。其实这(zhè)些星(xīng)系本身(shēn)并不是(shì)真的(de)被扭曲(qū)了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜出了(le)什么问(wèn)题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被(bèi)一个质量超(chāo)级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系(xì)的(de)光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个(gè)现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大(dà)的天(tiān)体(tǐ)可能(néng)是超(chāo)大质量的黑洞或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人(rén)们对(duì)子弹星系团观测的时候，发(fā)现(xiàn)它的大(dà)质量区(qū)域并(bìng)不(bù)是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星(xīng)团发生全部(bù)的碰撞时，可被(bèi)观测(cè)到(dào)的质量气(qì)体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗(àn)物质则直接通(tōng)过(guò)了这(zhè)个区域，并(bìng)在(zài)两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透(tòu)镜研究也被认(rèn)为(wèi)是(shì)暗物质存(cún)在的迄(qì)今为止最好的(de)理(lǐ)论证据(jù)。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见光终于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了(le)各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度(dù)较高的区域(yù)，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但实际(jì)上(shàng)它们之间的(de)温差只有万分之(zhī)一(yī)。

科(kē)学(xué)家们通(tōng)过对前(qián)景背景分(fēn)离后的二值(zhí)图像进行连通(tōng)域提(tí)取和(hé)标(biāo)记(jì)之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景辐射的(de)测(cè)量(liàng)值，我们需要的暗(àn)物质大(dà)约是普(pǔ)通物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解(jiě)释星系当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需要的(de)暗物质比(bǐ)例是一致的。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了一个简单的理(lǐ)论(lùn)框架，就很好地解(jiě)释(shì)了很多不同的观测结(jié)果。而(ér)暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它(tā)们(men)不(bù)参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引(yǐn)力来(lái)相(xiāng)互(hù)作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的(de)存在，就相当于(yú)找到了(le)暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么(me)？科学(xué)家(jiā)们已经(jīng)提(tí)出了(le)数十种的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年(nián)当(dāng)中，人类为了寻(xún)找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实(shí)验，却没有(yǒu)任何实质(zhì)性的发现(xiàn)，除了(le)一个地方，意大利的(de)格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层(céng)楼高的探测器(qì)，一(yī)直致力于寻找暗物质(zhì)粒子(zi)的周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家(jiā)声称观测(cè)到了某种信号。经过了(le)20多(duō)年的数(shù)据收集，人们发(fā)现了(le)一(yī)个有趣的事情。探测率会在每(měi)年(nián)的6月份达到(dào)峰值，然(rán)后在(zài)11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一些科学家认为(wèi)这可(kě)能是人类(lèi)发现暗物质的第(dì)一(yī)个直接证据。

但(dàn)是(shì)为什么暗物(wù)质会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么(me)如果(guǒ)暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这样的速(sù)度在穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这(zhè)个(gè)过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎ世界四大文化名人是哪4个，世界四大文化名人不包括谁n)。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向是(shì)一致的(de)，而(ér)另外半(bàn)年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的(de)时候，地(dì)球(qiú)与(yǔ)太阳的方(fāng)向正(zhèng)好达(dá)到完全一致，这(zhè)是(shì)理论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物(wù)质流最快的(de)时段。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实际的(de)情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此科(kē)学(xué)家(jiā)认为(wèi)这可以用来解(jiě)释(shì)，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤(rǎng)中的(de)水(shuǐ)分、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至连意大利游客(kè)的数(shù)量也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学(xué)家们(men)又在南半球建立了(le)一(yī)个几乎(hū)相同(tóng)的实验室，这里的季节与之(zhī)前(qián)的实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得(dé)到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非(fēi)常有力的证据了(le)。但是由于(yú)这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提供的视野是哈勃红外(wài)仪(yí)器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途(tú)就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体物理中心的(de)科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙(z世界四大文化名人是哪4个，世界四大文化名人不包括谁hòu)当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗(àn)物(wù)质会不会意味(wèi)着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物(wù)质正在(zài)通过这样的效应创造生(shēng)命(mìng)。当然(rán)，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物(wù)质(zhì)到(dào)底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新(xīn)的动(dòng)力！

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