宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们在过去的几十(shí)年当中进行了(le)超(chāo)过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任何(hé)的有效证据(jù)。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表了(le)万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的(de)几百年来(lái)，当天(tiān)文(wén)学家们(men)发现某些天体运行轨(guǐ)道(dào)出现异(yì)常(cháng)，不符合(hé)万有引力定律的时候，他(tā)们就会知(zhī)道(dào)，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王(wáng)星运行(xíng)轨道的异常，推算并且(qiě)发(fā)现了海王(wáng)星(xīng)的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得重大天(tiān)文(wén)成就的例子。但是(shì)这些发现都(dōu)是在(zài)恒星系统的(de)尺度(dù)当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研(yán)究和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数千个星系(xì)所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚(fù)在(zài)一起。测量星系团的(de)质量一般会使用(yòng)到两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)，当(dāng)两种方(fāng)法(fǎ)结果一致，就(jiù)可以确定其质量的(de)范围。

第(dì)一(yī)种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要(yào)的数据是测(cè)量(liàng)各个(gè)星系的光度(dù)。

第(dì)二种是动(dòng)力学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团(tuán)中的各个星系相(xiāng)对于星(xīng)系(xì)团的运动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这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(zuì)诡(guǐ)异的是，在测量(liàng)速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系团(tuán)中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无(wú)法将它们束缚在星系团内的(de)，它们早就应该被(bèi)抛出星(xīng)系(xì)团之外(wài)了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量来(lái)源(yuán)于某种隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维基提(tí)出(chū)了(le)这样部分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不(bù)发(fā)散(sàn)光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当(dāng)时的人们(men)对这(zhè)样的一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再(zài)一次(cì)出现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特(tè)福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星运动。理论(lùn)上来说，距(jù)离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨道上(shàng)的运(yùn)行速(sù)度就会(huì)越慢。但(dàn)是(shì)他们观测的结(jié)果却让人感到不(bù)可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎(hū)保持不变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的(de)万有引力(lì)定律，在星系当中如果没(méi)有足(zú)够大的质(zhì)量(liàng)来吸(xī)引它(tā)们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了(le)。基于这种现象，科学(xué)家们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质(zhì)的存在(zài)，这种方法就(jiù)是(shì)测量星系(xì)当中气体在(zài)X轴上(shàng)距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的(de)力学(xué)定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之(zhī)上，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕银河(hé)系(xì)旋转，这(zhè)个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那(nà)么(me)产生以上(shàng)这种向心加速度的原(yuán)因很可能就是存在着一(yī)种我们看不到的物(wù)质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了(le)一起。<比玉皇大帝还大的是谁，比玉皇大帝还厉害的是谁/p>

也是从这时开始，越(yuè)来越多的(de)研究(jiū)人(rén)员开始相信暗(àn)物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的(de)速度，估算在星系当(dāng)中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不是(shì)唯一(yī)可以解(jiě)释这(zhè)个现象的原因(yīn)。在一(yī)项新的(de)研究(jiū)当中，科学家(jiā)们(men)发(fā)现，几乎没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度(dù)上的微(wēi)小差(chà)异。另(lìng)外，天(tiān)文学(xué)家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是星(xīng)系当中存在(zài)的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银(yín)河系的千分之一(yī)。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星(xīng)系必须存在(zài)暗物(wù)质，否则就会(huì)分崩离析。但是科(kē)学(xué)家(jiā)们使用最(zuì)先进的(de)望(wàng)远镜(jìng)对其进行了40个小(xiǎo)时(shí)的(de)详细测量(liàng)之后，发现星系(xì)中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释(shì)的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它(tā)的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了(le)暗物质的(de)假(jiǎ)说之(zhī)外(wài)，另一种可能就是人(rén)类对(duì)引(yǐn)力的理解还不(bù)够(gòu)全(quán)面，引力很可(kě)能在(zài)不(bù)同尺度空间中的工作(zuò)方式是不(bù)同的(de)，这意味着在行(xíng)星系尺度(dù)中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但(dàn)是上升到星系(xì)和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对(duì)于在星系(xì)团之间的(de)相互作用，科(kē)学家(jiā)还引入(rù)了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在(zài)数百万光年的(de)规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的效(xiào)比玉皇大帝还大的是谁，比玉皇大帝还厉害的是谁果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着(zhe)我们需要对现在的物理定(dìng)律进(jìn)行修正，这(zhè)些发(fā)现(xiàn)也让很(hěn)多人认为暗物质假说(shuō)理论就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于暗物(wù)质(zhì)存在的其他的理论(lùn)证据，这些(xiē)理论(lùn)证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没(méi)法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)星系团所组成，类似这(zhè)样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在(zài)星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰撞的(de)时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相互作(zuò)用就会导(dǎo)致温度(dù)的(de)急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体所在(zài)的中间区(qū)域(yù)。那么我们(men)通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前(qián)不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空(kōng)望远镜(jìng)传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高清照片，在(zài)照片中我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变(biàn)。其实这些星系本身并不(bù)是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而(ér)是(shì)这(zhè)样极(jí)遥远的天体和我们地球上的(de)观测者之(zhī)间。被(bèi)一个质(zhì)量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的天体可能是超大(dà)质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对(duì)子(zi)弹(dàn)星系(xì)团(tuán)观测的时候，发现(xiàn)它的大(dà)质量区(qū)域并不是在(zài)中间，而(ér)是在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释(shì)方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质则直(zhí)接通过(guò)了这个区(qū)域，并在两(liǎng)边形(xíng)成了引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系团的引力(lì)透(tòu)镜研究(jiū)也被(bèi)认为是暗物质存在的迄(qì)今(jīn)为(wèi)止最好的理论证据(jù)。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下了(le)各相同性的(de)微波(bō)辐射。其中红色的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对(duì)较冷的(de)区域，但实际上它们之间的温差(chà)只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背(bèi)景分(fēn)离后的(de)二值图像进行连通域提取和标记(jì)之(zhī)后发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图形看起(qǐ)来不(bù)应(yīng)该是这样(yàng)的(de)，而随(suí)着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和(hé)谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物(wù)质(zhì)大约是普(pǔ)通物质(zhì)的(de)5倍。这个(gè)数字(zì)与解(jiě)释星系当(dāng)中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就(jiù)很(hěn)好地解释了很(hěn)多不同的(de)观测(cè)结果(guǒ)。而暗(àn)物质的(de)本质就(jiù)是(shì)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的(de)电磁作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来相互(hù)作(zuò)用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相当于(yú)找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什(shén)么？科学家(jiā)们已经提(tí)出了数十种的(de)假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去(qù)的几(jǐ)十年(nián)当(dāng)中，人类为了(le)寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互(hù)作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了(le)超过(guò)50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大(dà)利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下(xià)1400米处的(de)地下矿井当中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子(zi)的周期比玉皇大帝还大的是谁，比玉皇大帝还厉害的是谁(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到(dào)了某种(zhǒng)信号(hào)。经(jīng)过(guò)了20多年的数(shù)据(jù)收集，人们(men)发(fā)现(xiàn)了一个有趣(qù)的事情(qíng)。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰(fēng)值，然(rán)后在11月降到(dào)最低，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每(měi)年都是一样。一(yī)些(xiē)科学家认为这可(kě)能是人(rén)类发(fā)现暗物质的第一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什(shén)么暗物质会(huì)产(chǎn)生周期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)着银(yín)河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我(wǒ)们也(yě)在以这样的(de)速度在穿(chuān)越着暗物质流，这(zhè)个(gè)过程中会产生相应的(de)振荡，同(tóng)时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕(rào)银河系(xì)的(de)方向(xiàng)是一致的，而另(lìng)外半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到完全一(yī)致，这是理(lǐ)论上地(dì)球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的(de)情况(kuàng)中，太阳系相对银(yín)河系(xì)的(de)平面呈(chéng)现(xiàn)了(le)60度(dù)的倾斜，但是这并不(bù)影响这(zhè)个(gè)理(lǐ)论的(de)有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这可(kě)以用来解释，研(yán)究(jiū)人(rén)员们(men)所(suǒ)观测(cè)到的(de)周期(qī)性信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造(zào)成(chéng)这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信号的差异也(yě)可能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也(yě)符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家们(men)又(yòu)在(zài)南半球建立了(le)一(yī)个几(jǐ)乎相同(tóng)的(de)实验室，这里的季节(jié)与之前的实(shí)验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质(zhì)流的(de)运动特征(zhēng)和第一个(gè)实验室是一样(yàng)的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了(le)。但是由(yóu)于这个实验室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所以截(jié)至目(mù)前(qián)还无法提供相应(yīng)的数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪(yí)器提供的视野是哈(hā)勃(bó)红外仪器的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关(guān)键的用途(tú)就(jiù)是探索暗物(wù)质背后的(de)奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物(wù)理中(zhōng)心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥有另一(yī)种神秘的(de)效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是(shì)生命进化的(de)一个重要因素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进(jìn)一(yī)步的证实(shí)，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意(yì)味(wèi)着(zhe)人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。那么小伙伴们，你们(men)觉得(dé)暗(àn)物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力！

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