宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的？为(wèi)何会存(cún)在科(kē)学无法解(jiě)释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又究(jiū)竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书(中国飞机事故率是多少shū)中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力定律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几百年(nián)来，当天文学(xué)家们(men)发(fā)现某些天体运行轨道出(chū)现异常(cháng)，不(bù)符合万有引(yǐn)力定(dìng)律的(de)时候(hòu)，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星(xīng)运行轨道的(de)异(yì)常，推算并且发(fā)现(xiàn)了海王(wáng)星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是(shì)应(yīng)用(yòng)万有引力定(dìng)律所取(qǔ)得重大(dà)天文成就(jiù)的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可(kě)当我们(men)上(shàng)升到星系或(huò)者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基正在研究(jiū)和测量(liàng)后发星系团的质量(liàng)。这是(shì)一个由数(shù)千(qiān)个星系(xì)所组成(chéng)的巨(jù)大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星系(xì)团的质量一(yī)般会使(shǐ)用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的(de)范围。

第(dì)一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需(xū)要的数据是测(cè)量各(gè)个星系的光度。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是(shì)利(lì)用光谱红移测量(liàng)星系团中的(de)各个星系相(xiāng)对于星系团(tuán)的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的(de)质量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无(wú)法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测量速度(dù)的(de)过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的(de)速(sù)度(dù)比理(lǐ)论上要快得(dé)多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产生(shēng)的(de)引力是(shì)无法(fǎ)将它们束缚在星系(xì)团内(nèi)的，它(tā)们早就应该(gāi)被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力(lì)量来源于某种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹(zī)维(wéi)基提出(chū)了(le)这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸(xī)光、反射(shè)光(guāng)，但是它们(men)却(què)占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分(fēn)的质量。只是(shì)当(dāng)时的人(rén)们对这(zhè)样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到(dào)不可思议(yì)。

随(suí)着与中心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎保持(chí)不变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系(xì)当中如果(guǒ)没有足够大的质量(liàng)来吸引它(tā)们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是(shì)测量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结(jié)果，就认为是(shì)由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科学(xué)家们通过射电(diàn)望(wàng)远镜测量了距离星(xīng)系中心更远距离的氢(qīng)元素(sù)，发(fā)现它们(men)的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度(dù)并不符(fú)合牛(niú)顿的(de)力学(xué)定律。我们的太阳系(xì)也(yě)不例外(wài)，太阳系位于银(yín)河系的(de)第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引力定律进行计(jì)算(suàn)，太阳系(xì)的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕(rào)银(yín)河系旋转，这(zhè)个(gè)实际速(sù)度远远大于理(lǐ)论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能(néng)就是存在着一种我(wǒ)们看(kàn)不到的物质，是这些暗物(wù)质的(de)引力效应将星(xīng)系聚集(jí)在了一(yī)起(qǐ)。

也(yě)是从这时开(kāi)始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究人(rén)员开(kāi)始相信暗物质的存(cún)在。科(kē)学家根(gēn)据星系外(wài)恒星轨道的速(sù)度，估算在星(xīng)系(xì)当中暗(àn)物质(zhì)的质量(liàng)占整个(gè)星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎(hū)没(méi)有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会(huì)出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学家还发(fā)现了一个反常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地球大(dà)约2.5亿(yì)光年(nián)，大(dà)小和银河系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银河(hé)系的千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系(xì)必须存在暗(àn)物质，否则(zé)就(jiù)会分崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进(jìn)的望(wàng)远镜对其进行(xíng)了40个小时的(de)详细(xì)测(cè)量(liàng)之后(hòu)，发(fā)现星系中的恒星运(yùn)动是(shì)可以用正(zhèng)常的物质和力学定律(lǜ)来解释(shì)的。那(nà)么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近(jìn)没(méi)有任(rèn)何(hé)星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的假说(shuō)之外，另(lìng)一(yī)种可能就是人类对引力的理解(jiě)还不够全(quán)面(miàn)，引力很可(kě)能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们(men)的轨道，按照我们(men)所理解的方式(shì)运动。但是上升到星(xīng)系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的(de)相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的(de)相互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨(jù)大的(de)质量之间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个(gè)理(lǐ)论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这意味着我们需(xū)要(yào)对现在的(de)物理定律(lǜ)进(jìn)行修(xiū)正，这些发现也(yě)让很多(duō)人认为暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存(cún)在的其他的理论证据(jù)，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没法解释(shì)的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年的子(zi)弹星系团，由(yóu)两个碰撞的(de)星系团所组成，类(lèi)似(shì)这样的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的中国飞机事故率是多少时候，星际(jì)气体的相互作用就会导(dǎo)致温度的(de)急剧升(shēng)高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于(yú)所有这(zhè)些气体(tǐ)所在的(de)中间区域。那么我们通过什(shén)么来验证它的(de)质量(liàng)区域到底是(shì)不是集中在中间呢(ne)？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第一张全(quán)彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多(duō)星系似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨大的(de)形变。其实这(zhè)些星系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什(shén)么问题，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的(de)天体和我(wǒ)们地球(qiú)上(shàng)的观测者之(zhī)间。被一个质量(liàng)超(chāo)级(jí)巨大的(de)天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的(de)东西的引力，会(huì)使身后更遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体(tǐ)可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它(tā)的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的(de)解释方法就是(shì)当星(xīng)团发生全(quán)部的(de)碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个(gè)区(qū)域，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系团的引力透(tòu)镜(jìng)研究也被认为是暗物质存(cún)在(zài)的迄今为止最(zuì)好的(de)理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性的微(wēi)波辐(fú)射。其中红色的(de)部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区(qū)域，但实际(jì)上(shàng)它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前(qián)景(jǐng)背景分离后的二值(zhí)图像(xiàng)进行(xíng)连通域提(tí)取和标记之后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物质，图形(xíng)看起来(lái)不应该是(shì)这样(yàng)的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值(zhí)的幅度(dù)会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们需要的(de)暗物质大约是普通物质的5倍。这个(gè)数字(zì)与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的(de)暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好(hǎo)地解(jiě)释(shì)了(le)很多不同的观测(cè)结果。而暗物(wù)质(zhì)的本(běn)质(zhì)就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何(hé)其(qí)他(tā)的电磁作用，只通(tōng)过引力来(lái)相互作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒(lì)子的存在，就相当于找到了(le)暗物质存在的实际(jì)证据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找这些(xiē)不同(tóng)的目标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人(rén)类为(wèi)了寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸不到(dào)，几乎不会(huì)与常规(guī)物质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没(méi)有任(rèn)何实质性的发现，除了一(yī)个(gè)地方(fāng)，意大利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最(zuì)大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三(sān)层楼高的探测器(qì)，一直致力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒子(zi)的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科(kē)学家声称(chēng)观(guān)测到(dào)了(le)某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多年(nián)的数据收(shōu)集，人们发现了一(yī)个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会在每年的6月份(fèn)达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年(nián)当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认(rèn)为这(zhè)可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生(shēng)周期(qī)性的年(nián)度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们(men)讲了太阳系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的(de)速度围绕着银河系(xì)进行移动，那(nà)么(me)如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的(de)速度在(zài)穿越(yuè)着暗物(wù)质(zhì)流，这(zhè)个过程中会产生相(xiāng)应(yīng)的振荡(dàng)，同(tóng)时地(dì)球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半年的(de)时间(jiān)，地球围(wéi)绕太(tài)阳(yáng)的(de)方(fāng)向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系(xì)的(de)方向是一致的，而另外(wài)半年则(zé)与之相反。

而(ér)在(zài)6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是(shì)理论上地球(qiú)穿(chuān)越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相对(duì)银河系(xì)的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人员们(men)所观测到的(de)周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周期(qī)信号的(de)差异也可(kě)能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚至连意大(dà)利游客的(de)数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又(yòu)在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季(jì)节(jié)与之前的(de)实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过(guò)暗物质(zhì)流的(de)运动特征和第(dì)一(yī)个(gè)实验室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的信号，就可(kě)以成(chéng)为暗物质所存(cún)在的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但是由(yóu)于这个(gè)实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望远镜，这(zhè)台(tái)太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃(bó)红外(wài)仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中一个(gè)关(guān)键的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物(wù)质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测(cè)的(de)结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒(lì)子天体(tǐ)物(wù)理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在，它们(men)极(jí)有可能拥有(yǒu)另(lìng)一(yī)种神秘的效应，这(zhè)种暗(àn)物质效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进化的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如果这一理论(lùn)得到(dào)进一(yī)步的(de)证(zhèng)实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会(huì)意味(wèi)着人(rén)类并不孤单(dān)呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应(yīng)创造生命。当(dāng)然，这些(xiē)推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴们(men)，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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