宇宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实(shí)验(yàn)，但是(shì)却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除(chú)了一个(gè)地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家(jiā)们发(fā)现某(mǒu)些天体(tǐ)运(yùn)行轨道(dào)出现(xiàn)异(yì)常，不符合万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力在摄动(dòng)它(tā)的轨道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通过天王星(xīng)运(yùn)行轨道的(de)异常(cháng)，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的(de)发现都是应用万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律所(suǒ)取得重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星(xīng)系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可当我们(men)上升到星(xīng)系或者是星(xīng)团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系(xì)团的质量。这是一个由数千个星系(xì)所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在(zài)一起。测量星(xīng)系团的质量(liàng)一(yī)般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法(fǎ)，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果一(yī)致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得(dé)其(qí)"光度学(xué)的质量(liàng)"，需要(yào)的数据是测量各个星(xīng)系(xì)的(de)光度(dù)。

第二种是(shì)动(dòng)力学质量(liàng)的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中的各个星(xīng)系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然(rán)是“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后(hòu)发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式(shì)所(suǒ)存在(zài)，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星(xīng)系团(tuán)中(zhōng)很多(duō)星系的速度比理论上(shàng)要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星(xīng)系的质(zhì)量所(suǒ)产生的引(yǐn)力(lì)是无法将它(tā)们束缚在星系(xì)团内的，它(tā)们(men)早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星系(xì)团之外了，除(chú)非有一(yī)种神秘(mì)的力量(liàng)在起作用，这(zhè)种力量来(lái)源于某种隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出了这(zhè)样部分不(bù)可(kě)见的暗(àn)质，它(tā)不(bù)发(fā)散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个(gè)词才再一次(cì)出现(xiàn)。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福(fú)特(tè)在观测(cè)仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越远的(de)恒星在(zài)其轨道(dào)上的(de)运行速度就(jiù)会越慢。但是他们(men)观测的结果却(què)让人感到不(bù)可思(sī)议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星(xīng)系当中如(rú)果没有足(zú)够(gòu)大(dà)的质量(liàng)来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会(huì)使用一(yī)种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是(shì)测(cè)量星(xīng)系当中气体在X轴上(shàng)距离(lí)星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就认为是由(yóu)暗物质(zhì)的力(lì)量(liàng)进入(rù)其中。

于是科(kē)学(xué)家们(men)通过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星系中心更远距(jù)离的(de)氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳系位于(yú)银(yín)河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律进行计算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速度应该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因(yīn)很可能就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到(dào)的物质，是这(zhè)些暗物(wù)质的引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据(jù)星系外(wài)恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当(dāng)中暗物质的质量占(zhàn)整个(gè)星系(xì)质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研(yán)究当中，科学(xué)家们(men)发现(xiàn)，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发(fā)现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒(héng)星数量却只有银河系的(de)千分之一(yī)。

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所以(yǐ)在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是科(kē)学家(jiā)们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细(xì)测(cè)量(liàng)之后，发现星系(xì)中的恒星运动是可(kě)以用(yòng)正常(cháng)的物质和力学定律来解释的(de)。那(nà)么又有人提出，也许该(gāi)星(xīng)系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大(dà)星系剥离了(le)。奇怪的是(shì)，它的附(fù)近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的(de)假(jiǎ)说之外，另一种可能就(jiù)是人(rén)类对(duì)引力的(de)理解还不够全(quán)面，引力很可能(néng)在不同尺度空间中的(de)工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按(àn)照(zhào)我们所理(lǐ)解(jiě)的方(fāng)式(shì)运动(dòng)。但是上升到星系和(hé)星(xīng)团的尺度，引力(lì)之间的相互作用则是不(bù)同的方式(shì)。对于在星系团之(zhī)间的相互(hù)作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万光年(nián)的(de)规模上，巨(jù)大(dà)的质量之间(jiān)会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这意味着我们需要对(duì)现在的(de)物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人(rén)认为暗物质假说(shuō)理(lǐ)论(lùn)就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论所没法解释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样的(de)星(xīng)团，它(tā)们(men)大部分(fēn)的普通(tōng)质量(liàng)都(dōu)在(zài)星系的气(qì)体当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时(shí)发生(shēng)碰撞的时候，星际(jì)气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团大(dà)部分的质量将(jiāng)位于所有这些(xiē)气体所在(zài)的中间区域(yù)。那么我们通过什么来验证它的质量区域到(dào)底是不(bù)是集(jí)中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清(qīng)照片，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变(biàn)。其实这些星系本身并不是真的(de)被扭曲了(le)，也不是韦伯望(wàng)远镜出了(le)什么问题，而(ér)是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天(tiān)体和我们(men)地(dì)球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系(xì)的光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这个(gè)现象就是引力(lì)透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大(dà)的(de)天体可能是(shì)超大(dà)质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质量(liàng)区域并不(bù)是在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全(quán)部(bù)的(de)碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到的质量气(qì)体被卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质(zhì)则直接通过了这(zhè)个区域，并在两边形(xíng)成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还(hái)有来(lái)自宇宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于(yú)可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留(liú)下了各相同(tóng)性的微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红色(sè)的(de)部分表示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实际(jì)上它们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对(duì)前景背景分离后(hòu)的二(èr)值图像进行连通(tōng)域提取(qǔ)和标记之后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起来(lái)不应该(gāi)是这样的，而随(suí)着暗物质(zhì)的增加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的(de)暗物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星系当中(zhōng)恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了(le)很多不同的观测(cè)结果。而暗物质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒(lì)子(zi)，它们(men)不参与任何其他的电磁(cí)作(zuò)用，只通过(guò)引力来(lái)相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物(wù)质存在的(de)实(shí)际证(zhèng)据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是(shì)什(shén)么？科学家们已经提出了(le)数(shù)十种的假想(xiǎng)目标，而(ér)要(yào)寻(xún)找这些不同(tóng)的目(mù)标粒(lì)子(zi)所需(xū)要的实验方式(shì)也不(bù)相同(tóng)。在(zài)过去(qù)的几(jǐ)十年当(dāng)中(zhōng)，人类为了寻找这(zhè)些(xiē)看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎(hū)不会与常(cháng)规(guī)物质(zhì)相(xiāng)互(hù)作(zuò)用(yòng)的(de)“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们(men)已经(jīng)进行(xíng)了(le)超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地(dì)球上最大的地学实(shí)验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(céng)楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗(àn)物质粒(lì)子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称(chēng)观测到了(le)某种信号。经过了20多年的(de)数据收集，人(rén)们发现(xiàn)了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每(měi)年(nián)的6月份达到峰(fēng)值，然后在(zài)11月降(jiàng)到(dào)最低，而(ér)且(qiě)在20年(nián)当中每年(nián)都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能(néng)是人(rén)类发现暗物质的(de)第一个直接证据(jù)。

但是为什(shén)么(me)暗物(wù)质会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕着银河(hé)系进行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质(zhì)存(cún)在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着我们也在(zài)以这样的速(sù)度(dù)在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会(huì)产生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年(nián)的(de)时间(jiān)，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而(ér)另(lìng)外半年则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地(dì)球与(yǔ)太阳的(de)方向正好达到(dào)完(wán)全一致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达(dá)到了最(zuì)慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情(qíng)况中，太阳系相修正丰胸乳霜有效果吗，国家认可的丰胸品牌排行榜对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这(zhè)个理论的(de)有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这(zhè)可以用来解释，研(yán)究人员(yuán)们所观测到(dào)的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然(rán)也可能有(yǒu)其(qí)他的(de)情况，造(zào)成(chéng)这种年度周期信号的(de)差(chà)异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意(yì)大利游客的(de)数(shù)量也符合这个周期(qī)的(de)规律。

所以，科学(xué)家们又在(zài)南(nán)半球建立了一个(gè)几乎相(xiāng)同的实(shí)验室(shì)，这(zhè)里的季节与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室(shì)是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力(lì)的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截至目(mù)前还无法(fǎ)提供(gōng)相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的用途就是(shì)探(tàn)索暗物(wù)质背后(hòu)的(de)奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究(jiū)发(fā)现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会支(zhī)持(chí)宇宙(zhòu)当中生(shēng)命(mìng)的诞(dàn)生，或者(zhě)说是生命进(jìn)化的(de)一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的(de)行星上，暗物质正在通过这(zhè)样(yàng)的(de)效应创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉(jué)得暗物(wù)质到(dào)底存(cún)不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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