宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟(jìng)是(shì)什么(me)？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的(de)长期实验，但是却(què)没有(yǒu)发(fā)现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据(jù)。除了一(yī)个地(dì)方，在(zài)1687年出版的自然哲学数(shù)学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发(fā)现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道(dào)，周围一定(dìng)有未知的天体通过(guò)引力(lì)在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通(tōng)过天(tiān)王星运行轨道(dào)的异(yì)常，推算(suàn)并且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的发现都是(shì)应用万有引(yǐn)力(lì)定律所(suǒ)取得重大(dà)天文(wén)成就(jiù)的例子。但是(shì)这些发现都(dōu)是在恒星(xīng)系统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事(shì)情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威(wēi)基(jī)正在研究和测量后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束(shù)缚在(zài)一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的(de)质(zhì)量一般会(huì)使用到两种方法，当(dāng)两种方(fāng)法结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得(dé)其"光度(dù)学(xué)的(de)质(zhì)量"，需要的数(shù)据是测量(liàng)各个星系的(de)光度(dù)。

第二种是动力学质量(liàng)的(de)计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量并不以可(kě)见光(guāng)的形式(shì)所存在，我们(men)无法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在(zài)测量速度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星(xīng)系团中很(hěn)多星系的(de)速(sù)度比理论上(shàng)要快得(dé)多，按(àn)照牛顿(dùn)的运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产生(shēng)的引(yǐn)力是无(wú)法将它们(men)束缚(fù)在(zài)星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系团之外了(le)，除非有一种神(shén)秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于(yú)某种隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们(men)对这(zhè)样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个(gè)词(cí)才再一(yī)次出现(xiàn)。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在(zài)观测(cè)仙女座(zuò)星系(xì)中(zhōng)的恒星运动。理论(lùn)上来说(shuō)，距离中心越远的(de)恒星在其轨道(dào)上的运(yùn)行速度就(jiù)会越慢(màn)。但(dàn)是他们(men)观测的(de)结果(guǒ)却让人感到不(bù)可思(sī)议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的增(zēng)加，恒(héng)星的旋转速度(dù)几乎保持(chí)不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿的(de)万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果没(méi)有足够大(dà)的质量来(lái)吸(xī)引它们(men)，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一(yī)种相对标准的方法来解释暗物(wù)质的存在(zài)，这种方法就是测量(liàng)星系当(dāng)中(zhōng)气(qì)体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距(jù)离星(xīng)系中心更远距离的(de)氢元素，发(fā)现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位(wèi)于银河系(xì)的第三(sān)悬臂之上，距离银(yín)河系(xì)中心(xīn)2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)进行(xíng)计(jì)算，太(tài)阳系的运行速(sù)度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的原因(yīn)很可能就是存在着一(yī)种我(wǒ)们看(kàn)不(bù)到的物质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在(zài)了(le)一起。

也(yě)是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物质的存在。科学家(jiā)根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系(xì)当中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的(de)研究当中，科学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另(lìng)外，天文学(xué)家还(hái)发现(xiàn)了一个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地(dì)球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银河系不多(duō)，但(dàn)是星系当中存在的恒(héng)星数量却只有银河(hé)系的千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则就会(huì)分崩离析(xī)。但是(shì)科学家们(men)使(shǐ)用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时(shí)的详细测量之后(hòu)，发(fā)现星(xīng)系(xì)中的恒星运动是(shì)可(kě)以用正常的物质和力学(xué)定律来解释的。那么又有人(rén)提出(chū)，也许该星系(xì)的(de)暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的(de)是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造(zào)成这些现象(xiàng)的除了(le)暗(àn)物质(zhì)的假说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就(jiù)是人类对引力的(de)理解还不(bù)够全面(miàn)，引力很可能在(zài)不同(tóng)尺度空间中的(de)工(gōng)作方式是不同的(de)，这意味(wèi)着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中的(de)天体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解(jiě)的方式运动。但(dàn)是上升到星系(xì)和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是(shì)不同的方式(shì)。对于在星系团之间的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概念，指的(de)是在数百万光(guāng)年的规模(mó)上，巨大的质量之(zhī)间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我(wǒ)们需要对现(xiàn)在的物理定律进行(xíng)修正，这些(xiē)发现也让(ràng)很多人(rén)认为(wèi)暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中还(hái)有关于暗物(wù)质(zhì)存在的其他(tā)的理论(lùn)证据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙(méng)德理论所没(méi)法解(jiě)释的“引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系(xì)团所组(zǔ)成(chéng)，类似这(zhè)样的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都在(zài)星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的(de)时(shí)候，星际气体的相(xiāng)互作用就(jiù)会导致温度的急(jí)剧升高(gāo)，速(sù)度大(dà)幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这(zhè)些气体所(suǒ)在的(de)中间(jiān)区(qū)域。那(nà)么我们(men)通(tōng)过什么来验(yàn)证它的质量区域(yù)到(dào)底(dǐ)是不是集中在(zài)中间呢(ne)？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可(kě)以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其(qí)实这(zhè)些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么(me)问题(tí)，而是(shì)这样极(jí)遥(yáo)远的天体和(hé)我们地球上的观测者(zhě)之(zhī)间(jiān)。被(bèi)一个(gè)质(zhì)量(liàng)超级(jí)巨大的天体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量(liàng)的(de)黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们(men)对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解(jiě)释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜研究(jiū)也被(bèi)认(rèn)为是暗物质存(cún)在的(de)迄今为止最好(hǎo)的理论证据(jù)。

除(chú)此之外，还(hái)有(yǒu)来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(kě)见光终于(yú)可(kě)以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景上留下(xià)了(le)各相同性的微波辐射。其中红色(sè)的(de)部分表示(shì)温度较高的区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷的区域(yù)，香港割让是什么条约谁签字，香港割让是什么条约多少年但实际上(shàng)它们之间的温差只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之(zhī)后(hòu)发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图形看起(qǐ)来(lái)不应该是这(zhè)样的(de)，而随着暗物香港割让是什么条约谁签字，香港割让是什么条约多少年质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐射(shè)的测量值，我们(men)需要的暗物质大(dà)约是普通物(wù)质的(de)5倍。这个数字与解(jiě)释星(xīng)系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就(jiù)很好(hǎo)地解释了很多(duō)不同的(de)观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他(tā)的(de)电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力来相互(hù)作用(yòng)。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒(lì)子的存在(zài)，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗物(wù)质(zhì)存在的实(shí)际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子(zi)到底(dǐ)是什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实(shí)验方式(shì)也不相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常(cháng)规物(wù)质相互作用的(de)“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了(le)一个地方，意大利的(de)格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到了(le)某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了(le)一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一(yī)些科学(xué)家(jiā)认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物(wù)质(zhì)会(huì)产生周期性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那(nà)么如果暗物质(zhì)存在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我们也在以这(zhè)样的(de)速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个(gè)过程中会产生相应的(de)振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太(tài)阳(yáng)环绕银河(hé)系的(de)方(fāng)向是一致(zhì)的，而(ér)另外半年则(zé)与之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的(de)时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全(quán)一致(zhì)，这是理论(lùn)上地(dì)球穿越暗物(wù)质流(liú)最快的时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际(jì)的(de)情况中，太(tài)阳系(xì)相(xiāng)对银河系的(de)平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释(shì)，研(yán)究人员们所观测到的(de)周期性(xìng)信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度(dù)周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上(shàng)的积雪，甚至(zhì)连(lián)意大利游客的数量也符合这(zhè)个(gè)周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球(qiú)建立(lì)了一个几乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里的季节与之前的(de)实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征和第(dì)一个(gè)实(shí)验室(shì)是一(yī)香港割让是什么条约谁签字，香港割让是什么条约多少年样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在(zài)这(zhè)里可以得到相(xiāng)同的(de)信号，就可以成为暗物质所存在的(de)非常有力的(de)证据了(le)。但是(shì)由于这个(gè)实验室刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截至目前还无(wú)法提供相应的(de)数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新的(de)望(wàng)远镜，这台(tái)太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个(gè)关键的用途就(jiù)是探索暗物质背(bèi)后的奥秘(mì)，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目(mù)以待(dài)了。费米实验(yàn)室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究发(fā)现，如果暗物质(zhì)存在(zài)，它们(men)极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的(de)诞(dàn)生，或(huò)者说是生命进化的(de)一(yī)个(gè)重要因素。

如(rú)果这(zhè)一理论得(dé)到进(jìn)一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不(bù)会意(yì)味(wèi)着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星(xīng)上，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大(dà)前(qián)提(tí)是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是(shì)我更(gèng)新(xīn)的动力！

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