宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类(lèi)为了(le)寻找暗物(wù)质存(cún)在的证据，科学家们在过去的(de)几十(shí马云移民到哪国籍)年当中进行(xíng)了(le)超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学(xué)数学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的(de)几百年来(lái)，当天文学家们发现某(mǒu)些(xiē)天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候(hòu)，他们就会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未知的(de)天体通(tōng)过引力在(zài)摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推(tuī)算(suàn)并且(qiě)发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力(lì)定律所取得重大天文成就的例子。但(dàn)是这些(xiē)发现都是在(zài)恒星系统的尺度(dù)当中，可(kě)当(dāng)我们上(shàng)升到(dào)星系或者是星团的尺度，事(shì)情就开(kāi)始变得(dé)诡(guǐ)异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后(hòu)发星系团的质量。这是(shì)一(yī)个由数千个星系所组成(chéng)的(de)巨(jù)大星系(xì)团，这些星(xīng)系(xì)被引力束缚在(zài)一起。测量(liàng)星(xīng)系团(tuán)的(de)质量一(yī)般(bān)会(huì)使用到(dào)两种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确(què)定其质量(liàng)的(de)范围(wéi)。

第(dì)一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要(yào)的数据是测量各个星系(xì)的光(guāng)度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移(yí)测量星(xīng)系团中(zhōng)的各个星(xīng)系相对于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出(chū)来(lái)之(zhī)后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量并不以马云移民到哪国籍可见光的形式(shì)所(suǒ)存在，我们无(wú)法看(kàn)到。最诡异(yì)的是，在测量速度的(de)过(guò)程中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系(xì)团中很(hěn)多星(xīng)系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产(chǎn)生的引力(lì)是无法将它们束(shù)缚在(zài)星(xīng)系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之(zhī)外了，除非有一(yī)种神秘的力量(liàng)在起作(zuò)用，这种力量来(lái)源(yuán)于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出(chū)了这(zhè)样部分不可见的(de)暗质(zhì)，它不(bù)发散光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这(zhè)样的一种说法(fǎ)不(bù)屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词才(cái)再一次(cì)出现(xiàn)。天(tiān)文(wén)学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距(jù)离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结(jié)果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的(de)旋转速度几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中如(rú)果(guǒ)没有足够大的(de)质量来(lái)吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会使(shǐ)用一(yī)种(zhǒng)相(xiāng)对标(biāo)准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测(cè)量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系(xì)中(zhōng)心(xīn)的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气(qì)体的旋转速(sù)度(dù)。如果(guǒ)出现异常的结果，就认(rèn)为是(shì)由暗物(wù)质的力(lì)量进入其中。

于是(shì)科学(xué)家们通过射电望远镜测量了距离星(xīng)系(xì)中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速(sù)度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上(shàng)，太阳系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的(de)速(sù)度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那(nà)么(me)产(chǎn)生以上(shàng)这种向心加速度的原因(yīn)很可能就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物(wù)质，是这些暗物(wù)质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时(shí)开始，越来越多的研究人员开(kāi)始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算(suàn)在(zài)星系当中暗(àn)物质的(de)质量占整个星(xīng)系质量(liàng)的(de)85%。但是(shì)，暗(àn)物质(zhì)并不是(shì)唯一可(kě)以解释(shì)这个现象的原因。在一项新的(de)研究当中，科(kē)学家们(men)发现，几乎(hū)没(méi)有引(yǐn)力(lì)效(xiào)应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河(hé)系不多(duō)，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科(kē)学家们(men)使用最先进的(de)望远镜(jìng)对(duì)其进行了(le)40个小时的详细测(cè)量之后(hòu)，发(fā)现星(xīng)系(xì)中的(de)恒星运动是可(kě)以(yǐ)用正(zhèng)常的物质和(hé)力学(xué)定(dìng)律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另(lìng)一个大星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是(shì)，它的附(fù)近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现象的(de)除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人类(lèi)对(duì)引力的理(lǐ)解还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中的工作(zuò)方式是不同的(de)，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按照我们(men)所理解(jiě)的(de)方式运(yùn)动。但(dàn)是上升(shēng)到星系和(hé)星团的尺度(dù)，引力(lì)之间的相互作用则是(shì)不同的方式。对(duì)于在星(xīng)系团之间的相(xiāng)互作(zuò)用，科学(xué)家还引入(rù)了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数(shù)百(bǎi)万(wàn)光年的规模上，巨大的(de)质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这意(yì)味着我(wǒ)们需(xū)要(yào)对现在的物(wù)理定律进行修正，这些发现也让(ràng)很多人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗(àn)物(wù)质存在(zài)的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解(jiě)释(shì)的“引力(lì)透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通(tōng)质量(liàng)都在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星(xīng)际气体的(de)相互作用就会导致温(wēn)度的(de)急剧升(shēng)高，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系团大部分的(de)质量将位于(yú)所有这(zhè)些气体所在的中间(jiān)区(qū)域。那么我们通(tōng)过什么来验证它的质量区域到底是(shì)不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第(dì)一张全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在(zài)照片中我们可以明显地(dì)看(kàn)到很多星系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本身(shēn)并不(bù)是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们(men)地球上的观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的(de)光都发生(shēng)了(le)扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这个巨大(dà)的天体可(kě)能是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观(guān)测的时(shí)候，发现(xiàn)它的大(dà)质(zhì)量区域并不是在中间，而(ér)是在(zài)两侧。所以最好的解(jiě)释(shì)方法就是当星团发生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通过(guò)了(le)这个区域，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的(de)引力透(tòu)镜(jìng)研究也被(bèi)认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好(hǎo)的(de)理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿(yì)年之后，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各(gè)相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际(jì)上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背景分(fēn)离后(hòu)的二值(zhí)图像进(jìn)行连通域提(tí)取和标记之(zhī)后(hòu)发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有暗物(wù)质，图形(xíng)看起来(lái)不应(yīng)该是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物(wù)质的(de)增加(jiā)，一些峰值的(de)幅度(dù)会(huì)减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的(de)测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物质(zhì)的(de)5倍。这个数(shù)字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要的(de)暗物(wù)质比例是(shì)一致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很好地解(jiě)释了(le)很(hěn)多不同(tóng)的(de)观测结果。而暗物(wù)质的本(běn)质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着某种类(lèi)型的粒(lì)子，它(tā)们不参与(yǔ)任何(hé)其他的电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数十(shí)种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目(mù)标粒(lì)子(zi)所(suǒ)需要的(de)实验方式也(yě)不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人(rén)类(lèi)为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已经进(jìn)行(xíng)了超过50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了(le)一个地(dì)方(fāng)，意大(dà)利(lì)的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上最大(dà)的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗(àn)物质(zhì)粒子(zi)的周期(qī)性震荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科学家声称(chēng)观(guān)测到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过了20多年(nián)的(de)数据收集，人(rén)们发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份达(dá)到(dào)峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是(shì)人类发(fā)现(xiàn)暗(àn)物质的(de)第(dì)一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着(zhe)银河系(xì)进行移(yí)动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的(de)速度(dù)在穿越着暗(àn)物质(zhì)流(liú)，这(zhè)个过程中会(huì)产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速(sù)度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是(shì)一致的，而另外半年(nián)则(zé)与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正(zhèng)好达到(dào)完全一致，这是理论上(shàng)地(dì)球(qiú)穿越暗物(wù)质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管(guǎn)在实际(jì)的情况中，太阳系相(xiāng)对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这(zhè)个理论的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学(xué)家认为这可以用(yòng)来解(jiě)释，研(yán)究人员(yuán)们所观测到的周(zhōu)期(qī)性信号。当然也可能有其(qí)他的(de)情(qíng)况，造(zào)成这种年度周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数量(liàng)也符(fú)合这(zhè)个周(zhōu)期的(de)规(guī)律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又(yòu)在南(nán)半球建立了一(yī)个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季(jì)节(jié)与之前(qián)的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征和第一个实验室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这里可以得到(dào)相同(tóng)的信号，就(jiù)可以成为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的(de)望远镜，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍。南希(xī)格(gé)雷(léi)斯罗曼太(tài)空(kōng)望远镜其(qí)中一个关键的用途就是探索暗物(wù)质(zhì)背后(hòu)的奥秘(mì)，对于(yú)探测的结果，我们只能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理中心的(de)科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存(cún)在，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的(de)一个重要因素。

如果这(zhè)一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物(wù)质会不会意味着(zhe)人类(lèi)并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然(rán)，这(zhè)些推论的大前提(tí)是要先(xiān)找到暗(àn)物(wù)质存在的实际(jì)证(zhèng)据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新的动力！

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