宇宙是(shì)“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会存(cún)在科学无(wú)法解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人(rén)类(lèi)为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的(de)几十年当中进行了超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任(一睹人间盛世颜 远赴人间惊鸿宴全诗，远赴人间惊鸿宴全诗作者rèn)何(hé)的有效证据(jù)。除(chú)了一个地方(fāng)，在1687年出版的(de)自然(rán)哲学数学原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发表了(le)万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动(dòng)的(de)规(guī)律(lǜ)。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运行(xíng)轨道出现(xiàn)异(yì)常，不符(fú)合万有引力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围(wéi)一定有(yǒu)未知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算并且发现了(le)海王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是(shì)应用(yòng)万有引力定律所(suǒ)取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒(héng)星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当我们(men)上升到(dào)星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研究和测(cè)量(liàng)后发星系团的质量。这是一(yī)个由数千个星(xīng)系(xì)所组成的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被引力束缚在(zài)一起。测量(liàng)星(xīng)系团的(de)质量一般会使用(yòng)到两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其质量的(de)范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测量各(gè)个星系的光度(dù)。

第(dì)二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对(duì)于星(xīng)系团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存(cún)在(zài)，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多星系的(de)速度比理论(lùn)上(shàng)要(yào)快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星(xīng)系的(de)质量所(suǒ)产生(shēng)的(de)引力是无(wú)法将它们(men)束(shù)缚在星(xīng)系团内的(de)，它(tā)们早就应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不(bù)可一睹人间盛世颜 远赴人间惊鸿宴全诗，远赴人间惊鸿宴全诗作者见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的质量。只是(shì)当时(shí)的人们对(duì)这样的一种说法(fǎ)不(bù)屑(xiè)一(yī)顾。

直到(dào)40年之(zhī)后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们观(guān)测的结(jié)果却让人感到不可思(sī)议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离(lí)的增加(jiā)，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根据牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力定律，在星系当(dāng)中如(rú)果(guǒ)没有(yǒu)足够(gòu)大(dà)的质(zhì)量(liàng)来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学(xué)家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心(xīn)的(de)距(jù)离，以及在(zài)Y轴上气(qì)体(tǐ)的(de)旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现异(yì)常的结(jié)果，就认(rèn)为是由暗(àn)物质(zhì)的力量(liàng)进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距(jù)离的氢元(yuán)素，发(fā)现它(tā)们的旋转速度(dù)并不(bù)符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太(tài)阳系(xì)也不例外，太(tài)阳系位于(yú)银河系的第(dì)三(sān)悬臂之上，距(jù)离银(yín)河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律(lǜ)进行(xíng)计(jì)算，太阳系(xì)的运行速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度(dù)围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么产生以上这种向(xiàng)心加速(sù)度(dù)的原因很可能就是存(cún)在着(zhe)一种我(wǒ)们看(kàn)不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚(jù)集在了一(yī)起。

也是从(cóng)这(zhè)时(shí)开始，越(yuè)来越(yuè)多的研究人员开始相信暗(àn)物质(zhì)的存(cún)在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估(gū)算在星(xīng)系(xì)当中(zhōng)暗(àn)物质(zhì)的质(zhì)量占整个(gè)星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个(gè)现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小差(chà)异。另外，天文学(xué)家还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银(yín)河系不多，但(dàn)是星(xīng)系当中存在的恒星(xīng)数量却只有银河(hé)系的千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详细测(cè)量(liàng)之后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用正常的物质和力学(xué)定律(lǜ)来(lái)解(jiě)释的(de)。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也许(xǔ)该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星系(xì)剥离(lí)了。奇怪(guài)的(de)是，它(tā)的附(fù)近没有任何星系存在。造成这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的(de)假说(shuō)之(zhī)外，另一(yī)种可能就是(shì)人类对引(yǐn)力的理解还不(bù)够全面，引力很可能在(zài)不同尺度空间中(zhōng)的(de)工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的(de)相互作用(yòng)则(zé)是不同(tóng)的方式(shì)。对(duì)于在星系团之间(jiān)的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模(mó)上，巨大的(de)质量之间会产生对(duì)彼此特殊(shū)的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着(zhe)我(wǒ)们需(xū)要(yào)对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也(yě)让很(hěn)多人(rén)认(rèn)为暗(àn)物(wù)质(zhì)假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗(àn)物质存在的其他的理论(lùn)证据，这些理(lǐ)论(lùn)证据(jù)是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的(de)星(xīng)系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星团(tuán)，它们大部分(fēn)的普通质量(liàng)都(dōu)在星系的气体当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相(xiāng)互作用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这(zhè)些(xiē)气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通(tōng)过什么来(lái)验(yàn)证它(tā)的质(zhì)量区域(yù)到(dào)底(dǐ)是不是集中在中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多(duō)星(xīng)系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的(de)形变。其(qí)实这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了(le)，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了什么问(wèn)题(tí)，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地(dì)球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超(chāo)级巨大的(de)天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东(dōng)西的引(yǐn)力(lì)，会使身(shēn)后更遥(yáo)远(yuǎn)星(xīng)系的(de)光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能(néng)是超(chāo)大质量的(de)黑洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团(tuán)观测(cè)的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是(shì)在中(zhōng)间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团发(fā)生全部(bù)的(de)碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并在(zài)两边形成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也(yě)被认为是(shì)暗物质(zhì)存在的(de)迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于(yú)可(kě)以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年(nián)之后(hòu)，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留(liú)下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色(sè)则表示相对(duì)较(jiào)冷的区域(yù)，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学(xué)家们通过对前景背景分(fēn)离(lí)后的(de)二(èr)值图(tú)像进行(xíng)连通域提取(qǔ)和标记(jì)之后(hòu)发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有暗物(wù)质，图形(xíng)看起来(lái)不(bù)应该是这样的，而(ér)随着暗物(wù)质的增加(jiā)，一些峰值的(de)幅(fú)度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的(de)暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例(lì)是一(yī)致的(de)。这(zhè)就意(yì)味(wèi)着。

用了(le)一个简单(dān)的理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地解释了(le)很多(duō)不(bù)同的观测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本(běn)质就(jiù)是(shì)宇宙当中存在(zài)着某(mǒu)种类(lèi)型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能(néng)够(gòu)找到这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在的实(shí)际(jì)证据。这种粒子到底(dǐ)是什(shén)么？科学家们已(yǐ)经(jīng)提出了数十种的(de)假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需(xū)要的实验方式也不相(xiāng)同(tóng)。在过去(qù)的几(jǐ)十年当中，人类为了(le)寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物(wù)质相互作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科(kē)学家们已(yǐ)经进行(xíng)了超(chāo)过50次的实验，却没有任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除(chú)了(le)一(yī)个(gè)地(dì)方，意大利(lì)的(de)格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学(xué)实验室，这个(gè)实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三(sān)层楼高的探测器(qì)，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科学(xué)家声称(chēng)观测到(dào)了(le)某种信号。经过(guò)了20多年的数据(jù)收集(jí)，人们发(fā)现了一个有趣(qù)的(de)事情。探(tàn)测率会在每(měi)年的6月份达(dá)到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是(shì)一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗物(wù)质(zhì)的(de)第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产(chǎn)生(shēng)周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围(wéi)绕着银河系进行移动(dòng)，那(nà)么(me)如果暗物质存(cún)在(zài)宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡(dàng)，同时(shí)地球又(yòu)以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地(dì)球围绕太阳(yáng)的(de)方向与太(tài)阳环绕银河(hé)系的方向是一致(zhì)的，而另(lìng)外半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地(dì)球与太阳的(de)方向正好达到完(wán)全一致(zhì)，这是(shì)理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认(rèn)为这可(kě)以用来解释，研究人(rén)员(yuán)们(men)所(suǒ)观测到的周期(qī)性信号。当然也(yě)可能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也符合这个周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又在南(nán)半球建立了(le)一(yī)个(gè)几乎相同(tóng)的(de)实验室，这里的季节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特(tè)征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到(dào)相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以成为(wèi)暗物质(zhì)所存在的(de)非常有(yǒu)力的证据了(le)。但是由(yóu)于这个(gè)实验(yàn)室刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截(jié)至目前还(hái)无法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)叫(jiào)做“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器(qì)提(tí)供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用途就是(shì)探索暗(àn)物质背后的(de)奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们(men)只能拭目以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥有(yǒu)另一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物(wù)质效应，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或(huò)者说是生命进(jìn)化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实(shí)，那么(me)遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质会(huì)不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物(wù)质(zhì)正在通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存(cún)在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质(zhì)到底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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