宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质(zhì)又(yòu)究竟(jìng)是(shì)什么？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物(wù)质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学家们(men)在过去的几十年当(dāng)中进(jìn)行了(le)超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却没(méi)有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原(yuán)理一书(shū)中，埃(āi)萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万(wàn)有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的规(guī)律(lǜ)。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符合万有引力定律的时候，他(tā)们就(jiù)会知道，周围一定有(yǒu)未知的天(tiān)体通过引力(lì)在(zài)摄动(dòng)它的(de)轨道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶(yé)就通(tōng)过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并且(qiě)发(fā)现了海王星(xīng)的存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万(wàn)有(yǒu)引力定律所取得重(zhòng)大天文成就的(de)例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度当中，可当我们(men)上升到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究和测(cè)量后(hòu)发星系团的质量。这是一个(gè)由(yóu)数千个星系(xì)所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚(fù)在(zài)一(yī)起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的(de)质(zhì)量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是(shì)利用光谱红移(yí)测量星(xīng)系团中(zhōng)的(de)各个星系相对(duì)于(yú)星系(xì)团的(de)运动速(sù)度(dù)。当测量结果(guǒ)出(chū)来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量(liàng)消(xiāo)失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以(yǐ)可(kě)见光(guāng)的(de)形(xíng)式所存在(zài)，我们无法看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些(xiē)可(kě)见(jiàn)星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在(zài)起作用(yòng)，这种力量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这(zhè)样(yàng)部分不可见的暗质(zhì)，它不(bù)发(fā)散光(guāng)、吸光、反射光，但是它(tā)们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们对(duì)这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗(àn)物质(zhì)”这个(gè)词才再一次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特在观(guān)测仙(xiān)女座星系中的恒星(xīng)运(yùn)动。理论上(shàng)来说(shuō)，距离中心越(yuè)远的恒星在其(qí)轨道上(shàng)的(de)运行速度就会越慢。但是(shì)他们观测的结(jié)果却让人感(gǎn)到不可(kě)思(sī)议。

随着与中(zhōng)心距离(lí)的(de)增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿(dùn)的万有(yǒu)引力定律，在星(xīng)系当中如果(guǒ)没有足够(gòu)大的质量来吸(xī)引它(tā)们，这些外围的(de)恒(héng)星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当(dāng)中了。基于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用一种相对(duì)标准的(de)方法来(lái)解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星(xīng)系(xì)中心(xīn)的距(jù)离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的(de)力量进入其中。

于是科(kē)学家(jiā)们通过射电望远镜测量(liàng)了距离(lí)星系中(zhōng)心更远距(jù)离(lí)的(de)氢(qīng)元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不例(lì)外，太阳系(xì)位于银河系(xì)的(de)第三(sān)悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进(jì夏洛的网主要内容50字左右，夏洛的网主要内容100字n)行计算，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速(sù)度(dù)的原(yuán)因(yīn)很可能就是(shì)存(cún)在着一种我们看不到的物(wù)质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从(cóng)这时开始，越来(lái)越多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据(jù)星系外恒星(xīng)轨道(dào)的速(sù)度，估算在星系(xì)当中暗物质(zhì)的质量占整个(gè)星系(xì)质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释(shì)这个现象的(de)原因。在一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力(lì)效(xiào)应的(de)遥远恒(héng)星之间，也会出(chū)现速度(dù)上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒(héng)星数量却(què)只有银(yín)河系(xì)的(de)千分之一(yī)。

所以在理论上，该星(xīng)系(xì)必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜(jìng)对其进行了40个(gè)小时的详细(xì)测(cè)量(liàng)之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用正常的(de)物(wù)质(zhì)和力学定律(lǜ)来(lái)解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的(de)暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另一(yī)个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任(rèn)何星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力(lì)很(hěn)可能在(zài)不同尺度空(kōng)间中的工作方式是不同的(de)，这意(yì)味着在(zài)行星系(xì)尺(chǐ)度中的天体会(huì)沿着它们的(de)轨道，按照我(wǒ)们(men)所理解(jiě)的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间(jiān)的相互(hù)作用则是不同的(de)方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)，科学家还(hái)引入(rù)了外部场效(xiào)应的概念，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质(zhì)量(liàng)之间(jiān)会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立(lì)，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要(yào)对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也(yě)让很多人认为(wèi)暗物质假说理论就此终结(jié)。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有(yǒu)关于(yú)暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似(shì)这(zhè)样的星团，它们大(dà)部分的普通质量都在(zài)星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会(huì)导致温度的急剧(jù)夏洛的网主要内容50字左右，夏洛的网主要内容100字升(shēng)高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系团大部分的质量(liàng)将位于所有这些气体所在的中间区域。那么(me)我们通过(guò)什么来验证它的质量区域(yù)到底是(shì)不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)传回了(le)宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们(men)可(kě)以明显地(dì)看到很多(duō)星系(xì)似乎被(bèi)拉伸产生了巨(jù)大的(de)形(xíng)变。其实这(zhè)些(xiē)星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者(zhě)之(zhī)间。被一个质量超级巨(jù)大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大质量的(de)东(dōng)西(xī)的引力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥(yáo)远星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个(gè)巨大的天体可(kě)能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现它(tā)的大质量区域并不是在(zài)中(zhōng)间，而是在(zài)两侧。所以(yǐ)最好的解释(shì)方法就是当星团发生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质则直接通过(guò)了这(zhè)个区域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还(hái)有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过(guò)了130多亿(yì)年之后，这些光(guāng)在宇宙空间(jiān)背景上(shàng)留下了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的部分(fēn)表示温(wēn)度(dù)较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们(men)之(zhī)间的(de)温(wēn)差只(zhǐ)有(yǒu)万(wàn)分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值(zhí)图像进行连通域提取和标记之后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随(suí)着暗物质(zhì)的(de)增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐(fú)射的(de)测量(liàng)值，我们(men)需(xū)要的暗物质大约是(shì)普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地(dì)解释了很多不同的(de)观(guān)测结(jié)果。而暗物质(zhì)的本质就是(shì)宇宙当(dāng)中存在着某种类型(xíng)的(de)粒子，它们(men)不参与任何(hé)其他(tā)的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就相(xiāng)当于找到了暗(àn)物质存在的(de)实际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们(men)已(yǐ)经(jīng)提出了数十种(zhǒng)的(de)假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人(rén)类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经(jīng)进行了(le)超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大的地学(xué)实(shí)验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力(lì)于寻(xún)找暗物质粒子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的(de)科学家声称观测到了(le)某种信号。经过(guò)了20多年的(de)数据收集，人们发现(xiàn)了(le)一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率会(huì)在(zài)每年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都(dōu)是(shì)一样。一些科学家认为这可(kě)能是人(rén)类发现暗物(wù)质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕着(zhe)银(yín)河系进行(xíng)移(yí)动，那(nà)么(me)如果暗(àn)物质存在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意(yì)味着我(wǒ)们也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕(rào)银河系的方向是一(yī)致的，而另外半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而在(zài)6月(yuè)份的(de)时候(hòu)，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完(wán)全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上(shàng)地(dì)球穿(chuān)越暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对(duì)银河系的(de)平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不(bù)影响这个理论的(de)有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号。当然也(yě)可能有其(qí)他(tā)的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年(nián)度(dù)周期(qī)信号的差(chà)异也(yě)可能(néng)是(shì)温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意(yì)大(dà)利游(yóu)客的数量(liàng)也符合这个(gè)周期的规律。

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所以，科学家们(men)又(yòu)在南半球(qiú)建立了一(yī)个几乎(hū)相同的(de)实验室，这里(lǐ)的季节(jié)与之(zhī)前的(de)实验室(shì)正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流(liú)的运动特征和第一个实验(yàn)室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物质所存在的(de)非常有力的(de)证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前还(hái)无法提供相应的数据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供(gōng)的视野是(shì)哈(hā)勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希(xī)格(gé)雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其中一个关(guān)键的(de)用途就是探索(suǒ)暗物(wù)质背后的(de)奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的(de)一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到(dào)进一(yī)步的(de)证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味(wèi)着(zhe)人(rén)类并不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要(yào)先找到(dào)暗(àn)物质存(cún)在的实际证据。那(nà)么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持是我更(gèng)新的(de)动力！

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