宇宙是(shì)“人(rén)为(wèi)制造”的？为何(hé)会存(cún)在科学(xué)无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们在过(guò)去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期(qī)实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的(de)几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学家们(men)发现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现异(yì)常，不符合(hé)万(wàn)有引力定律的(de)时(shí)候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通(tōng)过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶(yé)就通过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的(de)发现都是(shì)应用万有引力(lì)定律所取(qǔ)得(dé)重大天文(wén)成就(jiù)的例子。但是这些发(fā)现都是在(zài)恒星系统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可(kě)当(dāng)我们上升到星系或者是(shì)星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测(cè)量后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大(dà)星系团(tuán)，这些星系(xì)被引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测量星系团(tuán)的质量一般会(huì)使(shǐ)用到(dào)两(liǎng)种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果(guǒ)一致，就可以确(què)定其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种是(shì)获(huò)得其(qí)"光度学的质量"，需要的数(shù)据(jù)是测量各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质特殊韵母是什么意思，1个特殊韵母是什么量的计算，是(shì)利用(yòng)光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当(dāng)测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动(dòng)力(lì)学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量(liàng)消失了，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并(bìng)不以(yǐ)可见光的(de)形式所存在，我们(men)无(wú)法看到。最诡(guǐ)异(yì)的(de)是，在测量速度的(de)过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快得(dé)多，按(àn)照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量(liàng)所(suǒ)产生的引力是无(wú)法(fǎ)将它们(men)束(shù)缚在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团(tuán)之外了(le)，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作(zuò)用(yòng)，这种力量(liàng)来源于某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此，兹(zī)维基提出了(le)这(zhè)样部分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们(men)却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一(yī)种说法不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个(gè)词(cí)才再一次(cì)出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越(yuè)慢。但是他(tā)们(men)观测(cè)的结果却让人(rén)感到不可思(sī)议(yì)。

随着(zhe)与(yǔ)中心(xīn)距离(lí)的(de)增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎(hū)保(bǎo)持(chí)不变。可是根(gēn)据牛(niú)顿的万(wàn)有引力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对(duì)标(biāo)准的方法来(lái)解(jiě)释暗(àn)物质的存(cún)在，这种方法就是测量(liàng)星系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的(de)结果(guǒ)，就认为是(shì)由(yóu)暗物质的(de)力量进入其中。

于(yú)是科学(xué)家们(men)通过射电望远镜(jìng)测量了距离星(xīng)系中心更远距离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的(de)旋转速(sù)度并不符合牛顿的力(lì)学定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系(xì)也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银(yín)河系(xì)旋转，这个实际速度远远大于理论(lùn)速(sù)度，那么产生以上(shàng)这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的原因很可能就是存在(zài)着一(yī)种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力(lì)效应将(jiāng)星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时(shí)开始(shǐ)，越来越多的(de)研(yán)究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒(héng)星轨道(dào)的(de)速度，估算在星系当中暗(àn)物质的(de)质(zhì)量占(zhàn)整个(gè)星系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质(zhì)并不是唯一可以解释这(zhè)个(gè)现象(xiàng)的原(yuán)因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会出现(xiàn)速(sù)度上的(de)微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当中存(cún)在的恒星数(shù)量(liàng)却(què)只(zhǐ)有(yǒu)银(yín)河系的千分之一(yī)。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否(fǒu)则(zé)就(jiù)会分崩离析(xī)。但是科(kē)学家们使用最(zuì)先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定律(lǜ)来解释的(de)。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一(yī)个大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪(guài)的是(shì)，它的附近没有任何星系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理解还(hái)不够全面，引力(lì)很可能(néng)在不(bù)同特殊韵母是什么意思，1个特殊韵母是什么尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这(zhè)意(yì)味着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系(xì)和(hé)星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的(de)方式。对(duì)于(yú)在星(xīng)系团之间的相互作用，科(kē)学(xué)家还(hái)引入了外部(bù)场效应的概念，指(zhǐ)的是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味着我们需要对现(xiàn)在的物(wù)理(lǐ)定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行修正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很多(duō)人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结(jié)。但是(shì)在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)还有(yǒu)关于(yú)暗(àn)物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些(xiē)理论证据(jù)是蒙德(dé)理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大(dà)部分的普通质量都在星(xīng)系(xì)的气体(tǐ)当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际(jì)气体的相互作用(yòng)就会导致温度的急(jí)剧升高，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子弹星系(xì)团大部(bù)分(fēn)的(de)质量(liàng)将位于所有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我(wǒ)们(men)通过(guò)什么来验(yàn)证它的质量区域(yù)到底是不是集中在中间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的(de)高清照(zhào)片，在(zài)照(zhào)片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了(le)巨大(dà)的形变。其实这些星系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们地(dì)球上的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这个超大质(zhì)量的(de)东西的(de)引力，会(huì)使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都(dōu)发(fā)生了(le)扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大(dà)的天体可能是超大(dà)质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对(duì)子弹星系(xì)团观测的时候(hòu)，发现它(tā)的大质(zhì)量区域并不是在中(zhōng)间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星(xīng)团发生全(quán)部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物(wù)质(zhì)则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形(xíng)成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被认为是(shì)暗物质(zhì)存在的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后，可见光(guāng)终于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了(le)各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它(tā)们(men)之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离后的二(èr)值图(tú)像(xiàng)进行连通(tōng)域提取(qǔ)和标记之(zhī)后发现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形看起来(lái)不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这(zhè)个数字(zì)与(yǔ)解(jiě)释星系当中恒(héng)星运动所需(xū)要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个(gè)简单(dān)的理论框架(jià)，就(jiù)很好地解释了很多不同的(de)观(guān)测结果。而(ér)暗物质的本(běn)质(zhì)就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着某种类型的(de)粒子(zi)，它(tā)们(men)不参与任何其他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗(àn)物质存在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么(me)？科学家们已经提(tí)出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同(tóng)的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们已经进(jìn)行了超过50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大(dà)利的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上(shàng)最大的地学实(shí)验室(shì)，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科学(xué)家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年(nián)的(de)数据(jù)收集(jí)，人们(men)发现了(le)一(yī)个有趣(qù)的事(shì)情。探测率会(huì)在每年(nián)的6月(yuè)份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是人(rén)类发现暗(àn)物质(zhì)的第(dì)一个直(zhí)接(jiē)证据。

但是为什么暗(àn)物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如(rú)果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕太阳(yán特殊韵母是什么意思，1个特殊韵母是什么g)进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳环绕(rào)银河系的(de)方向是一致(zhì)的，而另外半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的(de)方向正好达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗(àn)物质(zhì)流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河系(xì)的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释(shì)，研究人员(yuán)们(men)所观(guān)测到的(de)周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可能有其他的情况，造成(chéng)这种(zhǒng)年(nián)度周期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山(shān)上的(de)积(jī)雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合这个(gè)周期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相(xiāng)同(tóng)的(de)实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和(hé)第一(yī)个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这里(lǐ)可以得(dé)到相同(tóng)的信(xìn)号，就(jiù)可以成(chéng)为暗(àn)物质所(suǒ)存在的非常有力的证(zhèng)据(jù)了。但是由于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法(fǎ)提供(gōng)相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽(kuān)视(shì)场(chǎng)仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关(guān)键的用(yòng)途(tú)就(jiù)是(shì)探(tàn)索暗物(wù)质背(bèi)后的(de)奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实验室(shì)粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森(sēn)斯(sī)特(tè)芬研究发(fā)现(xiàn)，如果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存在，它们极(jí)有可能拥(yōng)有另(lìng)一种神(shén)秘的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化的(de)一个重要因素(sù)。

如果(guǒ)这一理论得(dé)到进一步的证实，那(nà)么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质(zhì)会不会意(yì)味着(zhe)人类并不(bù)孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更新的(de)动力！

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