宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造(zào)”的？为(wèi)何会存在(zài)科(kē)学(xué)无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物(wù)质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的几十年(nián)当中(zhōng)进行了超(chāo)过50次(cì)的长期(qī)实验，但(dàn)是却没有发(fā)现任何的有效证据。除了(le)一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书(shū)中(zhōng)，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表了(le)万有引力(lì)定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的(de)几百年来，当天(tiān)文(wén)学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时(shí)候，他们就会知(zhī)道，周(zhōu)围一定有未知的(de)天体通(tōng)过(guò)引力在摄(shè)动(dòng)它的(de)轨道。比(bǐ)如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星(xīng)运行轨道的(de)异常(cháng)，推算并(bìng)且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是(shì)应(yīng)用(yòng)万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律所取得重大天(tiān)文(wén)成就(jiù)的例(lì)子(zi)。但(dàn)是(shì)这些发(fā)现(xiàn)都是在(zài)恒(héng)星系(xì)统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我们(men)上(shàng)升(shēng)到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在(zài)研究和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个(gè)由(yóu)数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束(shù)缚(fù)在一起。测(cè)量(liàng)星(xīng)系团的质量一(yī)般会(huì)使用到两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结果一(yī)致，就可以确(què)定其质(zhì)量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是(shì)测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是(shì)利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星(xīng)系相对于(yú)星系团的(de)运动速度。当测量结(jié)果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发座星系(xì)团有99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存(cún)在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的(de)是，在(zài)测量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系团中(zhōng)很(hěn)多星系的速度(dù)比理论上(负荆请罪的历史人物是哪位人，负荆请罪的历史故事中的主要人物是谁shàng)要快(kuài)得多，按(àn)照牛顿的(de)运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的(de)，它们早就应该被抛出星系团之(zhī)外了(le)，除非有一种(zhǒng)神秘(mì)的力量在起作(zuò)用，这(zhè)种力量(liàng)来源于(yú)某种(zhǒng)隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们对(duì)这样(yàng)的一种说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文(wén)学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的(de)恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒(héng)星在其(qí)轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛(niú)顿的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸(xī)引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科(kē)学家(jiā)们会使(shǐ)用一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物(wù)质的(de)存在(zài)，这(zhè)种(zhǒng)方法就(jiù)是测量(liàng)星系当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中(zhōng)心(xīn)的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结果，就(jiù)认(rèn)为是(shì)由暗物质(zhì)的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位(wèi)于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银(yín)河(hé)系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计(jì)算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速(sù)度(dù)远远(yuǎn)大于理论速(sù)度(dù)，那么产生以上这(zhè)种向心加速度的(de)原因很(hěn)可能就(jiù)是(shì)存在着一(yī)种我们看不(bù)到的物(wù)质，是这些暗(àn)物(wù)质的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚(jù)集在(zài)了(le)一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来(lái)越多(duō)的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在(zài)。科学(xué)家根据星系外(wài)恒星轨道的(de)速度，估算(suàn)在星(xīng)系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是(shì)唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一(yī)项新的研(yán)究当中，科(kē)学家(jiā)们(men)发(fā)现，几乎(hū)没有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥(yáo)远恒星之(zhī)间，也会出现速(sù)度上的(de)微(wēi)小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和银(yín)河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使(shǐ)用最先进(jìn)的望(wàng)远镜对其进行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的物(wù)质和力学定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的(de)暗物质，已经被附近的另一个(gè)大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附(fù)近没(méi)有任何(hé)星系存(cún)在。造成这(zhè)些现象的除了暗物(wù)质的假说之外(wài)，另一种可能(néng)就是人类(lèi)对引(yǐn)力的理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中的(de)工作(zuò)方(fāng)式是不同(tóng)的，这(zhè)意味着在(zài)行星系(xì)尺(chǐ)度中的天体会(huì)沿着它们的(de)轨道，按照我们所理(lǐ)解(jiě)的(de)方(fāng)式运动(dòng)。但是上升(shēng)到星系和(hé)星团的(de)尺度，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作用则是(shì)不(bù)同的方式(shì)。对(duì)于在星系(xì)团之间(jiān)的(de)相互(hù)作用，科学家(jiā)还引入了(le)外(wài)部场(chǎng)效(xiào)应的概念，指的是在(zài)数(shù)百万光年的(de)规模上，巨大的质量之间(jiān)会(huì)产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对(duì)现在的物(wù)理(lǐ)定律进行修(xiū)正，这些发现(xiàn)也(yě)让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终结(jié)。但是在宇宙当中(zhōng)还(hái)有关于(yú)暗物质存(cún)在(zài)的(de)其(qí)他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德(dé)理论所没(méi)法解释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系(xì)团，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系团所组成，类似(shì)这样的星团(tuán)，它们大部分的普通(tōng)质量(liàng)都在星(xīng)系的气体当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的(de)时(shí)候(hòu)，星(xīng)际气体(tǐ)的相互(hù)作用(yòng)就会导致温度的急(jí)剧(jù)升(shēng)高(gāo)，速度(dù)大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么(me)我们通过什么来验(yàn)证它的(de)质量(liàng)区(qū)域到底是不是集中在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当中第(dì)一(yī)张(zhāng)全彩的高清照片，在(zài)照片(piàn)中(zhōng)我们可以明(míng)显(xiǎn)地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什么(me)问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个(gè)超(chāo)大质量的(de)东西(xī)的引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的时(shí)候(hòu)，发现它的大质(zhì)量区域并(bìng)不是在中间，而是(shì)在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的(de)解释方(fāng)法就是当星团(tuán)发生(shēng)全部(bù)的(de)碰撞时(shí)，可被观测到(dào)的(de)质(zhì)量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通过了这个(gè)区(qū)域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对(duì)子(zi)弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物(wù)质存(cún)在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最(zuì)好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终(zhōng)于可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间背景上留(liú)下了各相同(tóng)性的微(wēi)波辐(fú)射。其中红色(sè)的(de)部(bù)分(fēn)表(biǎo)示(shì)温(wēn)度较高(gāo)的(de)区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但实(shí)际(jì)上它(tā)们之间的(de)温差(chà)只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域提(tí)取(qǔ)和(hé)标(biāo)记之后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗物质，图(tú)形看起来(lái)不(bù)应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会(hu负荆请罪的历史人物是哪位人，负荆请罪的历史故事中的主要人物是谁ì)减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释(shì)星系当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理论框(kuāng)架，就很好地(dì)解(jiě)释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们(men)不参与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互(hù)作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒(lì)子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物质存在的(de)实际证据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科学(xué)家们已经提(tí)出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了(le)寻找这些(xiē)看(kàn)不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用(yòng)的(de)“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行(xíng)了超过(guò)50次(cì)的实验(yàn)，却没有任(rèn)何实质性的(de)发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下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(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高(gāo)的(de)探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒(lì)子的(de)周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的科学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过(guò)了20多年(nián)的数据(jù)收集，人(rén)们发(fā)现了一个(gè)有趣的事情(qíng)。探测率会在每年(nián)的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到(dào)最低，而(ér)且在20年当中每年(nián)都(dōu)是一样(yàng)。一些科学(xué)家(jiā)认为这可能是人类(lèi)发现暗(àn)物(wù)质(zhì)的第一个直接证据。

但(dàn)是(shì)为什(shén)么暗(àn)物(wù)质会(huì)产生周期性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度在(zài)穿越(yuè)着暗物质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会(huì)产生(shēng)相应的(de)振荡，同时地(dì)球(qiú)又以(yǐ)30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围(wéi)绕太(tài)阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳(yáng)环绕银(yín)河(hé)系的方(fāng)向是一致的，而另外半(bàn)年则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地球与太(tài)阳的(de)方向(xiàng)正(zhèng)好(hǎo)达到完全(quán)一致，这是理论(lùn)上(shàng)地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好达(dá)到(dào)了最(zuì)慢(màn)值。尽管在实际的(de)情况中，太阳(yáng)系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影(yǐng)响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解(jiě)释(shì)，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测(cè)到的周期性(xìng)信号。当然也可能(néng)有(yǒu)其他的情况，造(zào)成这种年度周期信(xìn)号的差(chà)异也可能(néng)是温度、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分、高(gāo)山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大(dà)利游客的(de)数量也(yě)符(fú)合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室，这里的(de)季节与之前(qián)的实验(yàn)室正好(hǎo)相反，而在(zài)这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征和第(dì)一(yī)个实验室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里可以得(dé)到相同的(de)信号，就可以成为暗(àn)物(wù)质(zhì)所存在(zài)的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室(shì)刚刚建成不(bù)久，所以截(jié)至目前(qián)还无法(fǎ)提供相应的数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射(shè)一(yī)台新的(de)望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的(de)用(yòng)途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体物(wù)理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在(zài)，它们极有可(kě)能拥有另(lìng)一种神秘(mì)的效应(yīng)，这种暗(àn)物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的(de)一个重要因素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论(lùn)得(dé)到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物(wù)质会不会意(yì)味(wèi)着(zhe)人类并不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过(guò)这(zhè)样的效(xiào)应创造生命(mìng)。当然，这些推(tuī)论的大(dà)前(qián)提是(shì)要先找到暗(àn)物质存(cún)在(zài)的实际证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉得暗(àn)物质到底(dǐ)存(cún)不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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