宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何会(huì)存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究竟是(shì)什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的(de)证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的(de)长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证据(jù)。除了一个地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的(de)自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异(yì)常，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会(huì)知(zhī)道，周(zhōu)围一(yī)定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运(yùn)行轨(guǐ)道的异(yì)常(cháng)，推算并且发现(xiàn)了(le)海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是(shì)应(yīng)用万有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒星系统(tǒng)的(de)尺度当中，可当我们(men)上升(shēng)到星(xīng)系(xì)或者是星团的(de)尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研究和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般(bān)会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一(yī)致(zhì)，就可(kě)以确(què)定其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一(yī)种是(shì)获(huò)得其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需(xū)要(yào)的数据是测量各个星系的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中(zhōng)的各个星(xīng)系相对于星系团的运动速度(dù)。当测量结果出来之后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系(xì)团有99%的(de)质量消失(shī)了，或者说这99%的(de)质量并不以可(kě)见(jiàn)光的形式所(suǒ)存(cún)在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团中(zhōng)很(hěn)多星系(xì)的速度(dù)比理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它(tā)们束(shù)缚在星系团内的(de)，它(tā)们早就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这(zhè)种力(lì)量来源于(yú)某(mǒu)种隐形(xíng)的物(wù)质(zhì)。

据此，兹(zī)维(wéi)基(jī)提出了这样部分不(bù)可见的(de)暗质(zhì)，它(tā)不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样(yàng)的(de)一种说(shuō)法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次(cì)出(chū)现。天(tiān)文(wén)学(xué)家维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来(lái)说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让(ràng)人(rén)感到不可(kě)思议。

随着与中心距(jù)离的(de)增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的(de)万有引力定律，在星系(xì)当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸(xī)引它们，这(zhè)些外围的恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的(de)方法来解(jiě)释暗物质的(de)存(cún)在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星系当(dāng)中气体(tǐ)在(zài)X轴(zhóu)上距离星系中心(xīn)的距离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物质的力(lì)量进入(rù)其中。

于是科学家们(men)通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河(hé)系(xì)的第三悬臂(bì)之上，距离(lí)银河系(xì)中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据(j三氧化硫是酸性氧化物吗，二氧化碳和二氧化硫是酸性氧化物吗ù)万有引力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳(yáng)系(xì)的(de)运行速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远大于理(lǐ)论速度，那(nà)么产生以上这种向(xiàng)心加速度的原因很(hěn)可能就(jiù)是(shì)存在着一种我们(men)看不(bù)到(dào)的物质，是这些暗物质(zhì)的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科(kē)学家(jiā)根(gēn)据星系外恒星轨(三氧化硫是酸性氧化物吗，二氧化碳和二氧化硫是酸性氧化物吗guǐ)道(dào)的速度(dù)，估(gū)算在(zài)星系当中暗物(wù)质的(de)质(zhì)量(liàng)占(zhàn)整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一可以解(jiě)释(shì)这(zhè)个现(xiàn)象的原(yuán)因。在(zài)一项(xiàng)新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出(chū)现(xiàn)速(sù)度(dù)上的(de)微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系(xì)当(dāng)中存在(zài)的恒星数(shù)量却(què)只(zhǐ)有(yǒu)银(yín)河系的千分(fēn)之一。

所以在理论(lùn)上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们(men)使用最先进的望(wàng)远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小时的(de)详细(xì)测量之(zhī)后(hòu)，发现星(xīng)系中的恒(héng)星运(yùn)动是可以用(yòng)正常的物质和力(lì)学(xué)定(dìng)律(lǜ)来解释的。那(nà)么(me)又有(yǒu)人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近的另(lìng)一(yī)个大(dà)星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就(jiù)是人类对引力(lì)的理解还不(bù)够全(quán)面，引力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度空间中的工作方式(shì)是不同的(de)，这意味着在行(xíng)星系(xì)尺(chǐ)度中的天体会(huì)沿着它(tā)们(men)的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运(yùn)动(dòng)。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用(yòng)，科(kē)学家还引入(rù)了外部(bù)场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光年(nián)的(de)规模上，巨(jù)大的质量(liàng)之间会产生对(duì)彼此特殊的(de)效(xiào)果(guǒ)，这个(gè)理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需(xū)要对现(xiàn)在的物理定(dìng)律进行修正，这些发现(xiàn)也(yě)让很(hěn)多(duō)人认(rèn)为(wèi)暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关(guān)于(yú)暗(àn)物质存在的其他(tā)的理论(lùn)证据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由(yóu)两(liǎng)个碰(pèng)撞的星(xīng)系团(tuán)所组成，类似(shì)这(zhè)样的星团，它们(men)大部分(fēn)的普通质量都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作(zuò)用就(jiù)会导致温度(dù)的急(jí)剧(jù)升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)大(dà)部分(fēn)的质量将位(wèi)于所有这(zhè)些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域(yù)到底是(shì)不是集中在中(zhōng)间(jiān)呢？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照(zhào)片(piàn)，在照(zhào)片中我们可(kě)以明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形(xíng)变。其实(shí)这些星系本身并(bìng)不(bù)是真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什(shén)么(me)问题，而是这(zhè)样极遥远的(de)天体和(hé)我(wǒ)们(men)地球上的观测者之(zhī)间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的(de)引力，会(huì)使身后更遥远(yuǎn)星系的(de)光都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个(gè)现象就是(shì)引力(lì)透镜效应。这个巨(jù)大的天体可(kě)能是超大质量的(de)黑(hēi)洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观(guān)测(cè)的时候，发(fā)现(xiàn)它的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释(shì)方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通(tōng)过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的(de)引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据(jù)。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在(zài)宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留(liú)下了各相同(tóng)性(xìng)的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温(wēn)度较(jiào)高的(de)区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间(jiān)的温差只有万(wàn)分(fēn)之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后(hòu)的二值图(tú)像进行连通域提取(qǔ)和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质(zhì)，图形看起来(lái)不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的(de)增(zēng)加，一些峰值的幅度(dù)会(huì)减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了(le)匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系(xì)当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个(gè)简(jiǎn)单的(de)理论框架，就很好地解释了(le)很多不同的观测结果。而(ér)暗物(wù)质的本质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它(tā)们(men)不参与任何其(qí)他的电磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来(lái)相互(hù)作(zuò)用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的存在，就相当于找到了暗物(wù)质存在(zài)的实际(jì)证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这(zhè)些(xiē)不同的目标粒子所需(xū)要的实验方(fāng)式也不(bù)相同(tóng)。在(zài)过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与(yǔ)常(cháng)规物质相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却没有任何实质性的发(fā)现(xiàn)，除了一个地方，意(yì)大利的格(gé)兰萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球上最大(dà)的地学实验室(shì)，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测到了(le)某种(zhǒng)信(xìn)号(hào)。经过了20多年的数据(jù)收(shōu)集，人(rén)们发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年(nián)的(de)6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而(ér)且在(zài)20年(nián)当中(zhōng)每(měi)年都(dōu)是(shì)一(yī)样。一些科学家认为这(zhè)可能(néng)是人(rén)类发(fā)现暗(àn)物(wù)质的第一(yī)个直接证据。

但(dàn)是(shì)为什么(me)暗(àn)物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银(yín)河(hé)系进行移动，那(nà)么如果暗(àn)物质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意(yì)味着(zhe)我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生相应的(de)振荡(dàng)，同(tóng)时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的(de)方向与太阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而另外半(bàn)年(nián)则与之相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系(xì)相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理(lǐ)论的(de)有(yǒu)效性。

因此科(kē)学家认为这可以用来解释，研(yán)究人员们所(suǒ)观测(cè)到的(de)周(zhōu)期性信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造(zào)成这(zhè)种年度周(zhōu)期信(xìn)号的差异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立了一个(gè)几乎相同的(de)实验室，这里的(de)季节与之前的实(shí)验室正(zhèng)好相反，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动(dòng)特(tè)征(zhēng)和(hé)第一个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非(fēi)常有(yǒu)力(lì)的(de)证据(jù)了(le)。但是由于这个实验(yàn)室(shì)刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供(gōng)相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提(tí)供的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其中一(yī)个(gè)关键的用途(tú)就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的(de)结果，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发(fā)现，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生(shēng)命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物质(zhì)会不(bù)会(huì)意(yì)味着人类并不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇宙当中(zhōng)某个(gè)角落(luò)的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过这样的(de)效(xiào)应创造生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的大前提是要先找到暗(àn)物(wù)质存在的实际证据(jù)。那(nà)么小伙伴们，你们觉(jué)得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持(chí)是我更新的动力！

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