宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么(me)？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过(guò)去的几十年当中(zhōng)进行(xíng)了超过(guò)50次的长期实(shí)验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一(yī)个地(dì)方，在(zài)1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合(hé)万(wàn)有引力定律的时候，他们(men)就会知道，周围(wéi)一(yī)定有未知(zhī)的天(tiān)体通过(guò)引力在摄动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并且发现了(le)海王(wáng)星(xīng)的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星的发现都(dōu)是应用万(wàn)有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度当(dāng)中(zhōng)，可(kě)当我们上升到(dào)星(xīng)系(xì)或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和(hé)测量后发(fā)星系团(tuán)的质量。这是一个(gè)由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就(jiù)可以偷吃别人的屎犯法吗，偷吃别人的屎违法吗确定其质量(liàng)的偷吃别人的屎犯法吗，偷吃别人的屎违法吗范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需(xū)要的数据(jù)是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结(jié)果出来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟(jìng)然(rán)是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的(de)形式所(suǒ)存在，我们无(wú)法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星(xīng)系团中很(hěn)多星系的(de)速度(dù)比理论上要(yào)快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的(de)质量所产生的引力(lì)是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于(yú)某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了这样部分不可(kě)见(jiàn)的暗质，它(tā)不发(fā)散(sàn)光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个(gè)词才再(zài)一次出现。天(tiān)文(wén)学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就(jiù)会(huì)越慢。但是他们观测的结果却让人感到(dào)不可(kě)思(sī)议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)，在星系当(dāng)中如果没(méi)有足(zú)够(gòu)大的质量来吸引(yǐn)它们(men)，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用(yòng)一(yī)种相对(duì)标准(zhǔn)的(de)方法(fǎ)来解释(shì)暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量(liàng)星(xīng)系(xì)当(dāng)中气(qì)体在X轴上(shàng)距离星(xīng)系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学(xué)家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元素(sù)，发现它(tā)们的旋(xuán)转速(sù)度(dù)并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于(yú)银(yín)河系(xì)的(de)第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳(yáng)系正(zhèng)在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论(lùn)速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这(zhè)些暗物(wù)质的引(yǐn)力效应(yīng)将星系聚集在了(le)一起。

也(yě)是从这(zhè)时开(kāi)始，越(yuè)来越多的(de)研究人员开始相信暗物质的(de)存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一可以解(jiě)释这(zhè)个(gè)现象的原(yuán)因。在一(yī)项(xiàng)新的研(yán)究当中(zhōng)，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星(xīng)之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外(wài)，天文学(xué)家还(hái)发现了一个(gè)反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大(dà)小和(hé)银河系不多(duō)，但(dàn)是星系当中(zhōng)存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则(zé)就会分(fēn)崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动(dòng)是(shì)可以用正常的物质和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该星系的(de)暗(àn)物质，已经被附近的另(lìng)一(yī)个大星(xīng)系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是(shì)，它的(de)附近(jìn)没(méi)有任何星系存(cún)在。造成(chéng)这些现象的除了暗(àn)物质的(de)假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的(de)工作方式(shì)是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按照我们(men)所理(lǐ)解的方式(shì)运动。但(dàn)是上升到星(xīng)系和星(xīng)团的尺度(dù)，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在(zài)星系(xì)团(tuán)之间的相互(hù)作用(yòng)，科学家还(hái)引入(rù)了(le)外部(bù)场效应的概念，指的是(shì)在(zài)数百万(wàn)光(guāng)年的规(guī)模上，巨(jù)大(dà)的(de)质量(liàng)之间会产生对(duì)彼此特殊的(de)效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是在(zài)宇(yǔ)宙当中还有关于(yú)暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿光年的子(zi)弹星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团(tuán)所组成，类似这(zhè)样的星团，它(tā)们(men)大部(bù)分(fēn)的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致(zhì)温度的急(jí)剧升(shēng)高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团(tuán)大(dà)部分的质(zhì)量将位于所有这些气体所在(zài)的中(zhōng)间区域。那么我们(men)通过什(shén)么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当中第(dì)一(yī)张全彩的(de)高清照片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极(jí)遥远的天体和我们地球(qiú)上的观测者(zhě)之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的(de)东西的引力(lì)，会(huì)使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就(jiù)是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)观测的时候，发现它的(de)大质量区域(yù)并(bìng)不(bù)是(shì)在中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就(jiù)是当星团发(fā)生全部(bù)的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气(qì)体被卡(kǎ)在(zài)了(le)中间，暗物质(zhì)则(zé)直接通过了这个区域，并在(zài)两边形成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系团(tuán)的引力(lì)透镜(jìng)研究也被认为是暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的(de)迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之(zhī)外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆(bào)炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见光(guāng)终于可(kě)以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿(yì)年之后，这(zhè)些(xiē)光在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上留下(xià)了各相同性(xìng)的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示(shì)温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示(shì)相对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实际上它(tā)们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科(kē)学家们通(tōng)过对前(qián)景背景分离后的二(èr)值图(tú)像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发(fā)现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不(bù)应该是这样的(de)，而(ér)随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射(shè)的测量值，我们需(xū)要的暗(àn)物质大约是普通物质(zhì)的(de)5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒(héng)星运动所需(xū)要的暗物质比例(lì)是一致的(de)。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的(de)观测结果。而暗物质的本(běn)质就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它(tā)们(men)不参与任何(hé)其他的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如(rú)果能够(gòu)找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质(zhì)存在的(de)实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的(de)假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的(de)实(shí)验方式也(yě)不相同。在过去(qù)的几十年(nián)当中(zhōng)，人(rén)类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看(kàn)不(bù)见、摸(mō)不到(dào)，几乎(hū)不会与常规物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行了(le)超过50次的实验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上(shàng)最(zuì)大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直(zhí)致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的(de)科(kē)学家(jiā)声(shēng)称(chēng)观(guān)测(cè)到了某种信号。经过了20多(duō)年的(de)数据收集，人们(men)发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每(měi)年(nián)的(de)6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家(jiā)认为这(zhè)可能是人类发现(xiàn)暗物质的(de)第(dì)一个直(zhí)接证据。

但是(shì)为什(shén)么暗(àn)物(wù)质(zhì)会(huì)产生周(zhōu)期性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动(dòng)，那(nà)么如果暗物质存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味(wèi)着我们也在以(yǐ)这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳(yáng)进(jìn)行(xíng)旋转。所以有半年(nián)的时(shí)间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳的方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银(yín)河系的方向是一(yī)致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时(shí)候(hòu)，地球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好(hǎo)达(dá)到完全一(yī)致(zhì)，这是理论上(shàng)地(dì)球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际(jì)的(de)情况中，太阳(yáng)系相对银河(hé)系的平面(miàn)呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可(kě)以用来(lái)解释(shì)，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到(dào)的(de)周(zhōu)期性(xìng)信号。当然(rán)也(yě)可能有其他(tā)的情(q偷吃别人的屎犯法吗，偷吃别人的屎违法吗íng)况(kuàng)，造成这种年度周期(qī)信号(hào)的差(chà)异也(yě)可(kě)能是(shì)温度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意(yì)大利游客的(de)数量(liàng)也符合(hé)这个周期的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在南半球建立了(le)一个几乎(hū)相同的实验(yàn)室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流(liú)的运(yùn)动特征和第一个(gè)实验室是(shì)一(yī)样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号(hào)，就可以成(chéng)为暗物质所(suǒ)存在的非常有力(lì)的(de)证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截(jié)至目(mù)前还无法提供相应的(de)数(shù)据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小(xiǎo)跟(gēn)哈(hā)勃(bó)望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的(de)宽视(shì)场(chǎng)仪器提供的(de)视野是哈勃红外(wài)仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中一个关键的用(yòng)途就是(shì)探索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目(mù)以待(dài)了。费米实验(yàn)室(shì)粒子(zi)天(tiān)体(tǐ)物理中心的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它(tā)们极(jí)有可(kě)能(néng)拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应(yīng)，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一理论得(dé)到进(jìn)一步(bù)的证实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物质(zhì)会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在(zài)通过这样(yàng)的(de)效应创造(zào)生命。当然(rán)，这些推论的(de)大(dà)前提是要先找到暗物质存在的(de)实际证据。那么(me)小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的动(dòng)力！

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