宇宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为(wèi)何会(huì)存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学(xué)家(jiā)们在(zài)过去的几十(shí)年当(dāng)中进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现(xiàn)任(rèn)何(hé)的有(yǒu)效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲学数(shù)学(xué)原理一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发表了(le)万有引力定(dìng)律，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的(de)规律。往后的几百年来，当天文学家们(men)发现(xiàn)某些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知的天体通过(guò)引力在摄(shè)动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的(de)异常，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力定(dìng)律(lǜ)所取得(dé)重(zhòng)大天文(wén)成就的例子(zi)。但(dàn)是这些(xiē)发现都是在恒星系统(tǒng)的(de)尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们(men)上升到星系(xì)或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在(zài)研究和(hé)测(cè)量后发星系(xì)团的(de)质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星系(xì)所组成(chéng)的巨大星系(xì)团，这些(xiē)星(xīng)系(xì)被引力束缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系团的(de)质量一(yī)般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结(jié)果一(yī)致，就(jiù)可以确(què)定其(qí)质量的范围。

第(dì)一(yī)种是获得其"光(guāng)度学的(de)质量"，需(xū)要的(de)数(shù)据(jù)是测量各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质(zhì)量(liàng)的(de)计算，是(shì)利用光谱红(hóng)移(yí)测(cè)量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团(tuán)的运动速度。当测(cè)量(liàng)结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着(zhe)，后发座(zuò)星系团有99%的(de)质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形(xíng)式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威基(jī)发现星系团中很多(duō)星(xīng)系(xì)的速度比理(lǐ)论上要快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质(zhì)量所产(chǎn)生的引力是无(wú)法将(jiāng)它(tā)们(men)束缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它们早就应(yīng)该被抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除非(fēi)有(yǒu)一(yī)种神(shén)秘的(de)力量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这样部(bù)分(fēn)不可(kě)见的暗质，它(tā)不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它(tā)们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人(rén)们(men)对这样(yàng)的一种说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才再(zài)一(yī)次出现。天文(wén)学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观(guān)测仙(xiān)女座(zuò)星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的(de)恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却(què)让人(rén)感到不可(kě)思议。

随着与中心距(jù)离的(de)增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)，在星(xīng)系当中如果没有足够(gòu)大的(de)质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科(kē)学家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来解释(shì)暗(àn)物质的存(cún)在，这种方法就是测(cè)量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系(xì)中(zhōng)心(xīn)的距(jù)离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出(chū)现(xiàn)异(yì)常的结果，就认为是由(yóu)暗物(wù)质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离星系中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不(bù)例(lì)外(wài)，太阳(yáng)系(xì)位于(yú)银(yín)河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳(yáng)系的运(yùn)行速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋(xuán)转，这(zhè)个(gè)实(shí)际(jì)速度(dù)远远大(dà)于理论速度(dù)，那么产生以上(shàng)这种向(xiàng)心加速度的原因(yīn)很可(kě)能就是存在着一(yī)种我们看不到的物质，是(shì)这(zhè)些暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应将星系聚集在了(le)一(yī)起。

也是(shì)从这时开(kāi)始，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系(xì)外恒(héng)星轨道的(de)速度，估算在星系当中暗(àn)物质(zhì)的质量占(zhàn)整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不(bù)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(fā)现，几乎(hū)没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度(dù)上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学(xué)家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星(xīng)系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小(xiǎo)和银河(hé)系(xì)不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却(què)只有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存(cún)在(zài)暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发(fā)现星系中的(de)恒星运动是(shì)可以用(yòng)正常的物质(zhì)和力学(xué)定律来解释的。那么又有人(rén)提(tí)出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附(fù)近(jìn)没有(yǒu)任何(hé)星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质的(de)假说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力很可(kě)能在不同尺度空间(jiān)中(zhōng)的工作方(fāng)式是不同的，这(zhè)意味着在(zài)行星系尺度中的天体(tǐ)会(huì)沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理解的(de)方式运动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺(chǐ)度(dù)，引(yǐn)力之间的(de)相(xiāng)互作用则是(shì)不(bù)同(tóng)的方式。对于在(zài)星(xīng)系(xì)团之间的(de)相互(hù)作(zuò)用，科学家还(hái)引入了外部(bù)场效(xiào)应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨(jù)大(dà)的质量之间会(huì)产生(shēng)对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味(wèi)着我们需(xū)要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人(rén)认(rèn)为暗物(wù)质(zhì)假说理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所(suǒ)没(méi)法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰撞的(de)星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星(xīng)团(tuán)，它们(men)大部(bù)分的普(pǔ)通(tōng)质量都在星系的(de)气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的(de)相互(hù)作用就会(huì)导(dǎo)致(zhì)温(wēn)度(dù)的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有这(zhè)些气体所(suǒ)在的(de)中间区(qū)域。那么(me)我们通过什么来验(yàn)证(zhèng)它的质量区域到底是不(bù)是(shì)集中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第(dì)一(yī)张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可(kě)以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出(chū)了什(shén)么问(wèn)题，而是这样极遥远的(de)天体(tǐ)和我们地球上(shàng)的观测(cè)者之间。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大质量(liàng)的东西的引力(lì)，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就(jiù)是引力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对(duì)子弹星系团(tuán)观(guān)测的时(shí)候(hòu)，发现它的大质量区(qū)域并不是在(zài)中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到(dào)的质量气(qì)体被卡(kǎ)在(zài)了(le)中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研(yán)究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为止最好的(de)理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上(shàng)留下了各相同(tóng)性的(de)微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较(jiào)高(gāo)的区域(yù)，蓝色(sè)则(zé)表示(shì)相(xiāng)对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温差只有万(wàn)分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离后的(de)二(èr)值图像进行连通(tōng)域提取(qǔ)和标记之(zhī)后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物(wù)质，图形看起来(lái)不应(yīng)该是这样的，而随着(zhe)暗(àn)物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射的测量(liàng)值(zhí)，我(wǒ)们需(xū)要(yào)的(de)暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释星系当(dāng)中恒(héng)星运动(dòng)所需(xū)要(yào)的暗(àn)物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单(dān)的(de)理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地解释了很(hěn)多不同(tóng)的(de)观测结果。而暗物质的(de)本质就是(shì)宇宙当中存在着某(mǒu)种类(lèi)型的粒(lì)子(zi)，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用，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在，就相当于找到了暗(àn)物(wù)质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科(kē)学家(jiā)们已(yǐ)经提出了(le)数(shù)十种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所(suǒ)需(xū)要的(de)实(shí)验方(fāng)式也不相同。在(zài)过(guò)去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地(dì)学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物(wù)质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的(de)数(shù)据收集，人(rén)们(men)发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达(dá)到(dào)峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年当(美国为什么打伊拉克，伊拉克现在归美国管吗dāng)中每年(nián)都是一样。一些科学家认为这可能是人类发(fā)现暗物(wù)质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么(me)暗物(wù)质(zhì)会产生周期性的(de)年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的(de)方(fāng)向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地(dì)球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这(zhè)是理(lǐ)论上地(dì)球(qiú)穿越暗物质流最(zuì)快的(de)时(shí)段(duàn)。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系(xì)的平面(miàn)呈现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并(bìng)不影响这个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为这可以用(yòng)来解(jiě)释，研(yán)究人员们所(suǒ)观测到的周期性(xìng)信号。当然也可能有其(qí)他的情况(kuàng)，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周(zhōu)期信(xìn)号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游(yóu)客的(de)数量也符(fú)合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半(bàn)球建立了一(yī)个几乎相同(tóng)的实验室(shì)，这里的季节(jié)与(yǔ)之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过(guò)暗物(wù)质流的运动特征和第一个(gè)实(shí)验(yàn)室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相同的(de)信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的(de)非(fēi)常有力(lì)的(de)证(zhèng)据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还(hái)无法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的(美国为什么打伊拉克，伊拉克现在归美国管吗de)望远镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视(shì)野是(shì)哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭(shì)目以待(dài)了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子(zi)天体物理中心的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的(de)效应，这种暗物(wù)质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这(zhè)一(yī)理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗(àn)物质正在通过(guò)这样的效应创造生(shēng)命。当然，这(zhè)些(xiē)推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得(dé)暗(àn)物质到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是(shì)我更新(xīn)的动力！

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