宇宙是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会存(cún)在科学(xué)无法解(jiě)释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去(qù)的几十年当中进行了(le)超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现(xiàn)任(rèn)何的有效证(zhèng)据。除了一(yī)个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学(xué)原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力(lì)定律，它(tā)揭(jiē)示了(le)宇宙中天体运(yùn)动的规(guī)律(lǜ)。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道(dào)出(chū)现异(yì)常，不符(fú)合(hé)万有引力定律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨(guǐ)道(dào)的(de)异常，推算并且(qiě)发(fā)现了海王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得(dé)重大天文(wén)成就的(de)例(lì)子。但是(shì)这(zhè)些发现(xiàn)都是在恒(héng)星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可(kě)当我们上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研究和测量后(hòu)发星(xīng)系(xì)团的质(zhì)量(liàng)。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大(dà)星(xīng)系团，这些(xiē)星系(xì)被(bèi)引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使(shǐ)用到两(liǎng)种方(fāng)法，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种是获(huò)得其(qí)"光(guāng)度学(xué)的(de)质量"，需要的数据(jù)是(shì)测量各个星系的光度(dù)。

第(dì)二(èr)种是动力学质量的计(jì)算，是利(lì)用光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系(xì)团中的各个星系相对于星系团的(de)运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或(huò)者说这99%的(de)质量(liàng)并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威基发现(xiàn)星系团(tuán)中很多星系的(de)速度比理论上要(yào)快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系的(de)质(zhì)量所产生的引(yǐn)力是无法(fǎ)将它(tā)们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出(chū)了这(zhè)样部分(fēn)不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对(duì)这样的一种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才再一次(cì)出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女(nǚ)座(zuò)星系中(zhōng)的恒星运动。理论上(shàng)来(lái)说(shuō)，距离中心(xīn)越(yuè)远的(de)恒(héng)星在(zài)其(qí)轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但(dàn)是他们观测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离(lí)的(de)增(zēng)加，恒星的旋转速(sù)度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可是(shì)根(gēn)据(jù)牛(niú)顿的万(wàn)有引力定律，在星(xīng)系当中如果(guǒ)没有足够大(dà)的质(zhì)量来(lái)吸引它们，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会(huì)使用一(yī)种相对(duì)标准的方法来(lái)解(jiě)释暗物质的存(cún)在(zài)，这(zhè)种(zhǒng)方(fāng)法就是(shì)测量星系当(dāng)中气体在X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物(wù)质的(de)力(lì)量(liàng)进入其中。

于是科(kē)学家们通过(guò)射电望远镜测量了距(jù)离星系(xì)中(zhōng)心更远距离的氢元素(sù)，发现它们(men)的旋转速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也(yě)不例外(wài)，太阳系位于(yú)银(yín)河系的第(dì)三(sān)悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河系中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万有引力(lì)定(dìng)律进行计算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速(sù)度(dù)远远大于理论速度，那(nà)么(me)产生(shēng)以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不(bù)到的物质，是这些暗(àn)物质的引(yǐn)力效应将星系(xì)聚集(jí)在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来(lái)越多的研(yán)究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗(àn)物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物(wù)质的(de)质量占整个(gè)星系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当中，科(kē)学家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也会(huì)出(chū)现速度上的(de)微小差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年(nián)，大(dà)小(xiǎo)和银河系不(bù)多，但是星系(xì)当中存在的恒星(xīng)数(shù)量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须(xū)存在(zài)暗物质，否则就会(huì)分(fēn)崩离(lí)析。但(dàn)是(shì)科(kē)学家们(men)使用最(zuì)先进的望远镜对(duì)其进(jìn)行(xíng)了40个小时的详细(xì)测量之后(hòu)，发现星系(xì)中的(de)恒(héng)星运动是可以用正常的物质和力(lì)学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附(fù)近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的(de)是(shì)，它的附近没有任何星系(xì)存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类对引力的(de)理(lǐ)解还不(bù)够全面，引(yǐn)力很可能在(zài)不(bù)同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度(dù)中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照(zhào)我们(men)所理解(jiě)的方式运动(dòng)。但是上升到星系(xì)和星团的尺度，引力(lì)之间(jiān)的相互(hù)作用则是不(bù)同的(de)方式。对于在星系团之间的(de)相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部(bù)场(chǎng)效(xiào)应的(de)概(gài)念，指的是在(zài)数百万光年(nián)的规模上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这(zhè)意味着我们(men)需要对现在的物理定(dìng)律进行(xíng)修正，这(zhè)些(xiē)发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的其(qí)他的(de)理(lǐ)论(lùn)证据，这些理论(lùn)证据(jù)是蒙(méng)德理(lǐ)论所没(méi)法(fǎ)解释(shì)的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的(de)星(xīng)团，它们(men)大部分的(de)普(pǔ)通质(zhì)量都在星(xīng)系(xì)的气体(tǐ)当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体(tǐ)的(de)相互作用就(jiù)会(huì)导致(zhì)温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部(bù)分的质量将位于所有这(zhè)些气体所在的中间区域(yù)。那么我们通(tōng)过什么来验证它的质量(liàng)区域到底是不是集中在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当(dāng)中第(dì)一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可以明(míng)显地看(kàn)到很多(duō)星(xīng)系(xì)似乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨(jù)大的形(xíng)变。其实(shí)这些星系(xì)本身(shēn)并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体(tǐ)和我们地(dì)球上的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的(de)东西的引力，会(huì)使身后更遥远(yuǎn)星系(xì)的光(guāng)都发(fā)生了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是引力(lì)透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的天体可能(néng)是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹(dà腰围88是多少 腰围88是多少码n)星系(xì)团观测的时(shí)候，发(fā)现它的大质量区(qū)域并不是在中间，而(ér)是在(zài)两侧。所以(yǐ)最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测(cè)到(dào)的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直(zhí)接通过了这个(gè)区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄(qì)今为止最(zuì)好的理论(lùn)证据。

除此之(zhī)外，还(hái)有来自(zì)宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当中了。经过(guò)了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背(bèi)景上留下了各相(xiāng)同性的(de)微波辐(fú)射。其中(zhōng)红色的(de)部(bù)分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示(shì)相对较冷(lěng)的区(qū)域，但实际(jì)上它(tā)们之间的(de)温差(chà)只有万分(fēn)之一。

科学(xué)家们通过对前景背(bèi)景(jǐng)分离后的二值图像进(jìn)行连(lián)通域提取和标记(jì)之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗(àn)物质(zhì)，图形看(kàn)起来不应该是(shì)这样的，而随(suí)着暗物质的(de)增(zēng)加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐射的测(cè)量值(zhí)，我们需要的暗物(wù)质(zhì)大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的(de)暗物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了(le)很(hěn)多不同(tóng)的观测结果。而暗物(wù)质的本(běn)质就是(shì)宇宙当中存(cún)在着某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来(lái)相互作用。所以如果(guǒ)能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗(àn)物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是(shì)什么？科学(xué)家(jiā)们(men)已(yǐ)经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的(de)目标粒子(zi)所(suǒ)需(xū)要的实验方(fāng)式也(yě)不相同。在过(guò)去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会(huì)与(yǔ)常规物(wù)质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行了(le)超过50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了(le)一个地方，意大利的格兰(lán)萨(sà)索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上最大的(de)地(dì)学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个(gè)三(sān)层(céng)楼高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观(guān)测到了某(mǒu)种信号。经过了20多(duō)年的数(shù)据(jù)收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年都(dōu)是一样。一些科(kē)学家认(rèn)为(wèi)这可能是人类(lèi)发(fā)现暗物质的第(dì)一个(gè)直接证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质(zhì)会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)着银河系进(jìn)行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗物质(zhì)存(cún)在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也(yě)在以这样的(de)速度(dù)在穿越着暗物(wù)质流，这个(gè)过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半(bàn)年的时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的(de)时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到(dào)了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银(yín)河系的平面(miàn)呈现了(le)60度的(de)倾(qīng)斜，但(dàn)是这(zhè)并(bìng)不影响这个理论的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来解释(shì)，研究人员们所观测(cè)到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这种年(nián)度(dù)周期(qī)信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意(yì)大利游客的(de)数(shù)量也符合(hé)这(zhè)个周期的规律。

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所以(yǐ)，科学家(jiā)们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同(tóng)的实(shí)验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室(shì)正好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征和(hé)第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物质所存(cún)在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至(zhì)目(mù)前还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽视(shì)场仪(yí)器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗(luó)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(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们(men)只能拭目以待了(le)。费米实验室(shì)粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它(tā)们极(jí)有可能拥(yōng)有另(lìng)一种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一(yī)理论得(dé)到进一步(bù)的证实，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过(guò)这样的(de)效(xiào)应(yīng)创造生命。当(dāng)然，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物质存(cún)在的(de)实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到(dào)底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更(gèng)新的动力！

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