宇宙是“人为制造(zào)”的？为何(hé)会(huì)存在科(kē)学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类(lèi)为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在(zài)过去的几(jǐ)十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理一(yī)书(shū)中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发(fā)表了(le)万有引力(lì)定律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的(de)几百(bǎi)年来，当天(tiān)文(wén)学(xué)家们发现(xiàn)某些天体(tǐ)运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的(de)天(tiān)体通过引力在(zài)摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过(guò)天(tiān)王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发(fā)现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发现都是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大(dà)天文(wén)成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在(zài)恒星系(xì)统的(de)尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变(biàn)得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基正在(zài)研究和测量后(hòu)发星(xīng)系(xì)团的质(zhì)量。这是一个(gè)由数千个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量(liàng)星系团(tuán)的质量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就可以确定其(qí)质量的范围。

第(dì)一(yī)种是(shì)获得(dé)其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测(cè)量各(gè)个星系的(de)光度。

第二种是(shì)动力学质量的(de)计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团(tuán)中的各(gè)个星系相对于星系团(tuán)的(de)运动速度(dù)。当测量结果出来(lái)之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的(de)质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存(cún)在，我们无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在(zài)测量速度的(de)过程中，兹(zī)威基发(fā)现星系(xì)团中(zhōng)很(hěn)多星(xīng)系(xì)的速(sù)度比理论(lùn)上(shàng)要快得多(duō)，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的(de)引力(lì)是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它(tā)们早就应该(gāi)被(bèi)抛出星系团(tuán)之(zhī)外了，除非有一种神(shén)秘的力(lì)量(liàng)在起作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源(yuán)于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这(zhè)样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的(de)人们(men)对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一(yī)次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观(guān)测仙女座星系(xì)中的(de)恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离中(zhōng)心越(yuè)远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是(shì)他们观测的(de)结果却让人(rén)感到不可思议。

随着(zhe)与中心距(jù)离的增(zēng)加，恒(héng)星的旋(xuán)转速度几乎(hū)保持不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中(zhōng)如果没(méi)有(yǒu)足够大的质量来吸(xī)引它们，这些(xiē)外(wài)围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们(men)会使用一种相对标(biāo)准的方法来解释暗(àn)物(wù)质的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体在(zài)X轴上距离(lí)星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现(xiàn)异(yì)常的(de)结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物质的(de)力量进入其中。

于(yú)是科(kē)学家们通过射电望(wàng)远镜测(cè)量(liàng)了距离(lí)星系中心(xīn)更远(yuǎn)距(jù)离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的旋(xuán)转速度(dù)并不符合(hé)牛顿的(de)力学定律。我们的(de)太阳系(xì)也不例外，太阳系(xì)位于银(yín)河系(xì)的(de)第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速(sù)度应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实(shí)际(jì)上，太阳系正(zhèng)在(zài)以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远远大于(yú)理(lǐ)论速度，那么产生以上这(zhè)种向心加速度的(de)原因很可能就是(shì)存在(zài)着一种我们看不到的物(wù)质，是这(zhè)些暗物(wù)质的引力效应将星系(xì)聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也是从这时(shí)开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估(gū)算在星系当中暗(àn)物质的质量(liàng)占整(zhěng)个(gè)星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这个现象的原(yuán)因。在一(yī)项新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没(méi)有引力效应的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也会出(chū)现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学(xué)家(jiā)还发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中(zhōng)存在(zài)的恒星数量却只有银河(hé)系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的(de)详细(xì)测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系中的恒星运(yùn)动是可以用(yòng)正常的物(wù)质(zhì)和力(lì)学定(dìng)律(lǜ)来解释的。那(nà)么又有人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗(àn)物质，已经被附近的另一(yī)个大星系剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它(tā)的附(fù)近(jìn)没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是(shì)人类(lèi)对引力的理(lǐ)解(jiě)还不(bù)够全面，引力(lì)很可能在不同(tóng)尺度空间中的(de)工作方式(shì)是(shì)不同的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天(tiān)体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是上升(shēng)到(dào)星(xīng)系和(hé)星团的(de)尺(chǐ)度(dù)，引力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是(shì)不同(tóng)的方式。对于在(zài)星系团之间的(de)相互作用，科学家还引(yǐn)入了(le)外部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的(de)效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意味(wèi)着(zhe)我们需要对现在(zài)的物理定律(lǜ)进(jìn)行修(xiū)正，这些发(fā)现(xiàn)也让很多人(rén)认为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物(wù)质(zhì)存在的(de)其他的(de)理论证据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)是蒙德(dé)理论所(suǒ)没(méi)法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光(guāng)年(nián)的子(zi)弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个碰撞的星(xīng)系团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样的(de)星团，它们大部(bù)分的普通质(zhì)量都在(zài)星系(xì)的(de)气体(tǐ)当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的(de)时候，星(xīng)际气(qì)体的相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速(sù)度(dù)大幅(fú)降低。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于所(suǒ)有(yǒu)这些(xiē)气体(tǐ)所在的中间(jiān)区域。那么我们通(tōng)过什么来(lái)验证(zhèng)它的质量(liàng)区域(yù)到底是不(bù)是集中在(zài)中间(jiān)呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在(zài)照片中(zhōng)我们可(kě)以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并(bìng)不是真的(de)被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而(ér)是这(zhè)样极遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都(dōu)发生了(le)扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这(zhè)个(gè)巨(jù)大的(de)天体可能(néng)是超(chāo)大(dà)质(zhì)量的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物质。

所以当(dāng)人(rén)们对子(zi)弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大质量区(qū)域并不是在中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所以最好的解释(shì)方法就是当星(xīng)团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测(cè)到的质量(l中国所有省份的占地面积是多少平方千米，中国所有省份占地面积排名iàng)气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并(bìng)在(zài)两(liǎng)边形成了引力透(tòu)镜(jìng)。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为(wèi)是暗物(wù)质存在的(de)迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年(nián)之后，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部(bù)分表示温(wēn)度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则表示相对较(jiào)冷(lěng)的区域(yù)，但(dàn)实际(jì)上它们之(zhī)间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景背景分离后(hòu)的二(èr)值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗(àn)物质(zhì)，图形看起来不应(yīng)该是(shì)这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了(le)匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐(fú)射的(de)测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星(xīng)系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例是一致的(de)。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很好地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而(ér)暗物质的本(běn)质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们不参与任(rèn)何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来(lái)相(xiāng)互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质(zhì)存在的(de)实际证(zhèng)据。这种粒子到(dào)底是什(shén)么？科学家们已(yǐ)经(jīng)提出(chū)了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的目(mù)标粒子所需要的实验方式(shì)也不相同。在过(guò)去的几十(shí)年当中，人类为了(le)寻(xún)找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物质相互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经进行了(le)超过50次的实验(yàn)，却没有任何(hé)实(shí)质性的发现，除了一个地(dì)方(fāng)，意大利的格(gé)兰萨(sà)索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处的(de)地下矿井当中，藏着(zhe)地(dì)球(qiú)上最大的(de)地学实验室，这(zhè)个实(shí)中国所有省份的占地面积是多少平方千米，中国所有省份占地面积排名验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力(lì)于寻找暗物(wù)质粒子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科(kē)学家声(shēng)称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多(duō)年的数据收集，人们发(fā)现了一(yī)个有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月(yuè)降(jiàng)到(dào)最低(dī)，而(ér)且在20年(nián)当中(zhōng)每(měi)年都(dōu)是一样。一些(xiē)科(kē)学家认为这(zhè)可(kě)能是人(rén)类(lèi)发现暗物质的第一个直(zhí)接(j中国所有省份的占地面积是多少平方千米，中国所有省份占地面积排名iē)证据。

但是(shì)为(wèi)什么暗物(wù)质会产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以这样的速度(dù)在穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这个过程(chéng)中会产生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半(bàn)年的时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一致(zhì)的，而(ér)另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的时(shí)候，地球(qiú)与(yǔ)太阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)正好达到完全(quán)一(yī)致，这是理论上地(dì)球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况(kuàng)中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈(chéng)现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认(rèn)为这可以用来解释，研(yán)究人员们所观(guān)测到的(de)周期(qī)性(xìng)信号(hào)。当(dāng)然也可能(néng)有其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周(zhōu)期信(xìn)号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在(zài)南半球建(jiàn)立了(le)一个几(jǐ)乎(hū)相同(tóng)的(de)实(shí)验(yàn)室，这里的季节与(yǔ)之(zhī)前的(de)实验室正好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的(de)运动特(tè)征和第一个实(shí)验室是一样的(de)。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得到(dào)相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在(zài)的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法提(tí)供相应(yīng)的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台(tái)新的望远镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我(wǒ)们只能拭目(mù)以待(dài)了(le)。费米实验室(shì)粒(lì)子(zi)天体物理中(zhōng)心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在，它们(men)极(jí)有可能拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进(jìn)化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一(yī)理论(lùn)得(dé)到(dào)进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然(rán)，这些推论(lùn)的大前(qián)提是要先找到(dào)暗物质存(cún)在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们(men)觉(jué)得(dé)暗物(wù)质到底存不存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更(gèng)新的动力！

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