宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会(huì)存在科学无法解释(shì)的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为(wèi)了(le)寻(xún)找(zhǎo)暗物(wù)质存在的证据，科学家们(men)在过去的(de)几十年当中进行了超过(guò)50次的(de)长期实(shí)验，但是(shì)却没有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个(gè)地方，在(zài)1687年出版的(de)自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们(men)发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定律的时候，他们(men)就会知道，周围一(yī)定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄(shè)动它(tā)的轨道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶就(jiù)通(tōng)过天(tiān)王星运行(xíng)轨道(dào)的异常，推算并且发现了海(hǎi)王星(xīng)的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是(shì)应用万有(yǒu)引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些(xiē)发现都(dōu)是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升(shēng)到(dào)星(xīng)系(xì)或者(zhě)是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理学(xué)家弗里(lǐ)茨(cí)兹威基自嘲丁元英是谁写的，卜算子《自嘲》全诗正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起(qǐ)。测量星系团(tuán)的质量一般会使用到(dào)两种方法，当(dāng)两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红(hóng)移(yí)测量星系团中的各个星系相对于星系团的运(yùn)动(dòng)速(sù)度。当测量结果(guǒ)出来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发(fā)座星(xīng)系团有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了(le)，或者(zhě)说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式(shì)所存在，我们无法看到(dào)。最诡(guǐ)异的(de)是(shì)，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠(kà自嘲丁元英是谁写的，卜算子《自嘲》全诗o)这(zhè)些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法(fǎ)将它们束(shù)缚(fù)在星系(xì)团内的，它(tā)们早(zǎo)就应该被抛(pāo)出星(xīng)系(xì)团之外(wài)了，除非有一种神(shén)秘的(de)力(lì)量(liàng)在起(qǐ)作用，这种力量(liàng)来源于某种隐(yǐn)形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了这(zhè)样(yàng)部分不可见的(de)暗(àn)质，它不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们却占据(jù)着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人们对这样的一(yī)种说法不屑一(yī)顾(gù)。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这(zhè)个词才再(zài)一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和(hé)肯(kěn)特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速(sù)度就会越慢。但是(shì)他们观测的(de)结果却让人(rén)感(gǎn)到(dào)不可思(sī)议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在(zài)星(xīng)系当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早(zǎo)就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学(xué)家们会使用一(yī)种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量(liàng)进入(rù)其(qí)中。

于是科(kē)学家们通过射(shè)电望远镜测量了(le)距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的(de)第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度(dù)围(wéi)绕银(yín)河(hé)系(xì)旋(xuán)转，这个实(shí)际速度(dù)远远大于理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度的原因(yīn)很可能(néng)就(jiù)是存在着一种我们(men)看不到的物质，是这些暗物质的(de)引(yǐn)力(lì)效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科(kē)学(xué)家根据(jù)星系外恒星轨道的(de)速(sù)度(dù)，估(gū)算在(zài)星系当中暗(àn)物(wù)质的(de)质量占(zhàn)整个星(xīng)系质量(liàng)的(de)85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一可(kě)以(yǐ)解(jiě)释这个现象的原因。在一(yī)项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的(de)遥(yáo)远恒星之间，也会(huì)出现速(sù)度上的微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发(fā)现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小(xiǎo)和(hé)银河系不(bù)多，但是星系当中存在的(de)恒(héng)星数量却(què)只有(yǒu)银河(hé)系的千分(fēn)之一。

所以在(zài)理论上(shàng)，该星系(xì)必须存(cún自嘲丁元英是谁写的，卜算子《自嘲》全诗)在(zài)暗物质(zhì)，否则就会(huì)分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量之(zhī)后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用正常(cháng)的物质和力学定(dìng)律(lǜ)来解释的(de)。那么又有人提(tí)出，也许该星系的(de)暗(àn)物(wù)质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何(hé)星系存在。造成这(zhè)些现象(xiàng)的除了暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可能就(jiù)是人类对引(yǐn)力的理解还(hái)不够全面，引力(lì)很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同(tóng)的(de)，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天体(tǐ)会(huì)沿着它们的轨道，按(àn)照我们(men)所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的(de)方式。对于在星(xīng)系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效(xiào)应(yīng)的概念，指的是(shì)在数百万光年(nián)的规模上(shàng)，巨大的(de)质(zhì)量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊的(de)效果(guǒ)，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这意味着(zhe)我们需要对(duì)现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些发(fā)现也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论就此终结(jié)。但(dàn)是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有(yǒu)关于暗物质存(cún)在的其他(tā)的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没(méi)法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的(de)子(zi)弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的(de)普通质(zhì)量(liàng)都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度的(de)急(jí)剧升高，速度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星系(xì)团大部分的质量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域(yù)。那么我们(men)通过什么来验证它的质量区域到(dào)底是(shì)不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回了(le)宇宙(zhòu)当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在(zài)照片中我们可以明(míng)显(xiǎn)地看到很(hěn)多星(xīng)系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的(de)形变。其(qí)实这些星系本(běn)身(shēn)并(bìng)不是真的被扭曲了，也不(bù)是(shì)韦(wéi)伯望(wàng)远镜出(chū)了什(shén)么问(wèn)题，而是这样极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地球上的(de)观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的(de)天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会(huì)使身(shēn)后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹星系团观测(cè)的时候(hòu)，发现它的大(dà)质量区域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释(shì)方法(fǎ)就是当星(xīng)团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并(bìng)在(zài)两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存在的(de)迄今为止最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了(le)。经过了130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示(shì)温度较高的区域(yù)，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后的二(èr)值图像进行(xíng)连通域提取和(hé)标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看(kàn)起来(lái)不应该是(shì)这样(yàng)的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐(fú)射(shè)的测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要(yào)的暗物质比例是一致(zhì)的。这(zhè)就(jiù)意(yì)味(wèi)着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某(mǒu)种类型(xíng)的粒子，它们不参(cān)与任何其他的(de)电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就(jiù)相当于(yú)找到(dào)了暗物(wù)质(zhì)存(cún)在(zài)的实(shí)际证据(jù)。这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子(zi)到底是什(shén)么？科学(xué)家们已经(jīng)提出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目(mù)标(biāo)，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在(zài)过去的(de)几十年当(dāng)中，人(rén)类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会与常规物(wù)质(zhì)相互作用的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已经进行了超(chāo)过50次(cì)的实验(yàn)，却(què)没有任何实质性的发现，除(chú)了一个地方，意大(dà)利的(de)格兰萨(sà)索山(shān)，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上(shàng)最大的地学(xué)实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(céng)楼高的(de)探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年(nián)以来(lái)，这里的科学家(jiā)声称观测到(dào)了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探(tàn)测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在20年(nián)当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳系(xì)正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度(dù)在穿越着(zhe)暗(àn)物质流，这个过程中(zhōng)会产生(shēng)相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的(de)方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是(shì)一致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在(zài)6月份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太阳的(de)方(fāng)向(xiàng)正好达到完(wán)全一(yī)致，这是理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗(àn)物(wù)质流最快的时(shí)段。而在(zài)11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对(duì)银河(hé)系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为(wèi)这可以用(yòng)来解释，研究人员们所观测到的周期(qī)性信号。当然也可能有其他的情况，造成(chéng)这种年(nián)度周期信号的差异也可能(néng)是(shì)温度(dù)、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的(de)数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎(hū)相同的实验室，这里的季(jì)节与(yǔ)之前的(de)实验室正好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的(de)运动特(tè)征和(hé)第一个(gè)实验室是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里可(kě)以得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还无法提(tí)供相应(yīng)的数(shù)据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台新(xīn)的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一(yī)个(gè)关键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物(wù)质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天(tiān)体(tǐ)物理(lǐ)中心的科(kē)学(xué)家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如(rú)果暗(àn)物质存在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的(de)诞生，或者说是生命进化的(de)一个重要因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这样的效应创造生(shēng)命。当然(rán)，这(zhè)些(xiē)推论的(de)大前提是要先找到(dào)暗物(wù)质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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