宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的(de)？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证(zhèng)据，科学家们(men)在过去的(de)几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲(zhé)学数(shù)学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当天文(wén)学(xué)家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合(hé)万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)的时(shí)候(hòu)，他们就会知道(dào)，周围一(yī)定(dìng)有(yǒu)未知的天(tiān)体通过引力在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天(tiān)王星(xīng)运行轨道的(de)异常(cháng)，推(tuī)算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是应用万有引力(lì)定律所取(qǔ)得(dé)重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发现(xiàn)都是在(zài)恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到(dào)星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在研究和测量(liàng)后发(fā)星系(xì)团的质量。这是(shì)一个由数千(qiān)个(gè)星系所组(zǔ)成的巨大星系(xì)团，这些星系被(bèi)引力束缚在(zài)一起。测(cè)量星系团的(de)质(zhì)量一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方(fāng)法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的(de)光度。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量(liàng)星系团中的各个星系相对于星系团的(de)运动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量速(sù)度(dù)的(de)过程中，兹(zī)威基(jī)发现星系(xì)团中很多星系的(de)速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星(xīng)系(xì)的质量所(suǒ)产生的引力是无法将(jiāng)它们(men)束(shù)缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该(gāi)被(bèi)抛出(chū)星系(xì)团之外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力(lì)量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出了(le)这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但(dàn)是它(tā)们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人们对这样(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(cái)再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距(jù)离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运(yùn)行速(sù)度就(jiù)会越慢(màn)。但是他们(men)观测的结果却让人感到不(bù)可思(sī)议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可(kě)是(shì)根据牛顿(dùn)的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在星(xīng)系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来(lái)吸引它们，这些外(wài)围的(de)恒星(xīng)早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会(huì)使(shǐ)用(yòng)一种相对标准的方法(fǎ)来解释(shì)暗物(wù)质的(de)存在，这种方法(fǎ)就是测量星系(xì)当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星(xīng)系中(zhōng)心(xīn)的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结(jié)果(guǒ)，就认(rèn)为是(shì)由暗(àn)物质(zhì)的(de)力(lì)量进入其中。

于(yú)是科(kē)学(xué)家们通过射电(diàn)望(wàng)远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距离(lí)的氢元素，发(fā)现(xiàn)它们(men)的旋转速(sù)度并(bìng)不符合牛顿的力(lì)学(xué)定律。我(wǒ)们的(de)太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运(yùn)行速度(dù)应该是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实(shí)际速度远远(yuǎn)大于(yú)理(lǐ)论(lùn)速度(dù)，那么产生以上这种(zhǒng)向心(xīn)加(jiā)速度的原因(yīn)很可能就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是(shì)从这时(shí)开始，越来越多的研(yán)究人员(yuán)开始相(xiāng)信暗物质的存在(zài)。科学家根据星系(xì)外恒(héng)星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原(yuán)因。在(zài)一项(xiàng)新的研(yán)究(jiū)当(dāng)中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力(lì)效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个(gè)反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离(lí)地球大约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河系不多，但是(shì)星(xīng)系当中(zhōng)存(cún)在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的(de)详细(xì)测量之后，发(fā)现星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动是可(kě)以用(yòng)正常(cháng)的(de)物(wù)质和力学定律来解释(shì)的。那么(me)又有人(rén)提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近(jìn)的(de)另一个大星系剥(bō)离了(le)。奇怪的是(shì)，它的附近(jìn)没有任(rèn)何星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人类对引力的理解还(hái)不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作方式是(shì)不同的，这(zhè)意(yì)味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理解的方式运动(dòng)。但是上升(shēng)到星系和(hé)星团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的(de)相(xiāng)互作(zuò)用则是不(bù)同(tóng)的(de)方式。对于在星(xīng)系团(tuán)之间的相互作(zuò)用，科学家还引入(rù)了(le)外部场(chǎng)效应的(de)概念(niàn)，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光年的规(guī)模上，巨大的(de)质(zhì)量之间会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味(wèi)着我们需要对(duì)现在的物理定律进(jìn)行修(xiū)正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很(hěn)多人认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中(zhōng)还(hái)有(yǒu)关于暗物质存在的其他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们(men)大部(bù)分的普通质量都在星(xīng)系的气(qì)体(tǐ)当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作(zuò)用就会导(dǎo)致温度的(de)急剧升高，速度大(dà)幅(fú)降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系团大部分(fēn)的质量将位于所有这(zhè)些气体所在的(de)中间区域(yù)。那么(me)我们通过(guò)什么来(lái)验证(zhèng)它的质(zhì)量区域到(dào)底是(shì)不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了(le)宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全彩的(de)高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的(de)形变(biàn)。其实这些星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样(yàng)极遥(yáo)远的天体和我(wǒ)们(men)地球上的观测者之间。被(bèi)一个质量超(chāo)级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个(gè)巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑(hēi)洞或(huò)者(zhě)是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现(xiàn)它的大质量(liàng)区域并(bìng)不是(shì)在中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到(dào)的(de)质量气体被卡在了(le)中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区(qū)域(yù)，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引力透镜。对子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团的(de)引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物(wù)质存在(zài)的迄(qì)今(jīn)为止最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自(zì)宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了(le)130多亿年(nián)之后(hòu)，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各(gè)相(xiāng)同性的微(wēi)波辐射(shè)。其中红色的部分(fēn)表(biǎo)示温度(dù)较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的(de)温(wēn)差只有万分之(zhī)一。

科学家们(men)通过(guò)对前景背景分(fēn)离后的(de)二(èr)值图像进行(xíng)连通(tōng)域(yù)提取和标记之后(hòu)发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质(zhì)，图形看起来不(bù)应该(gāi)是(shì)这(zhè)样的，而(ér)随(suí)着暗物质的增加，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(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗(àn)物质(zhì)大约是普通物(wù)质(zhì)的5倍。这(zhè)个(gè)数(shù)字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需(xū)要的(de)暗(àn)物质比例是(shì)一(yī)致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解(jiě)释了很(hěn)多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是(shì)宇宙当中存在着某种类(lèi)型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其(qí)他的(de)电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒(lì)子到(dào)底是什么？科学(xué)家们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这(zhè)些不同(tóng)的目标粒子所需要的实验方式(shì)也不相同(tóng)。在(zài)过去(qù)的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的(de)发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏(cáng)着地(dì)球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期(qī)性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的(de)科(kē)学(xué)家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发(fā)现(xiàn)了(le)一(yī)个有趣的事情(qíng)。探(tàn)测率(lǜ)会在(zài)每(měi)年(nián)的6月(yuè)份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能(néng)是(shì)人类(lèi)发现暗物(wù)质的第(dì)一个(gè)直接证据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质会产生周期性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚才(cái)我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移(yí)动，那(nà)么如果暗物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我们(men)也(yě)在以这(zhè)样的速度在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行(xíng)旋(xuán)转。所(suǒ)以有(yǒu)半年(nián)的时(shí)间，地(dì)球(qiú)围绕(rào)太阳(yáng)的方向与太阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地(dì)球与太(tài)阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管在实际(jì)的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对(duì)银河系(xì)的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这(zhè)并(bìng)不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用来解释(shì)，研(yán)究(jiū)人(rén)员们所观测到的周期性(xìng)信号。当然也可中元节一般过几天，鬼节不能吃什么东西能有其他的(de)情况(kuàng)，造(zào)成这种(zhǒng)年度(dù)周期信号的差(chà)异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分(fēn)、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大(dà)利游客(kè)的数量也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学(xué)家们又(yòu)在南半(bàn)球建立了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的(de)实验室，这里的季节与(yǔ)之前(qián)的实(shí)验室正好相反(fǎn)，而(ér)在这(zhè)里，地(dì)球穿过暗物质流的运(yùn)动(dòng)特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非常(cháng)有力(lì)的证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的(de)望(wàng)远镜(jìng)，这(zhè)台(tái)太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视野(yě)是(shì)哈(hā)勃(bó)红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用(yòng)途就是探索暗(àn)物质(zhì)背后的奥(ào)秘，对于(yú)探(tàn)测的结(jié)果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以待了。费米实验(yàn)室(shì)粒子天体物理中(zhōng)心的(de)科(kē)学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗(àn)物质(zhì)存在，它们(men)极有(yǒu)可(kě)能拥有另一种神(shén)秘(mì)的效应，这种暗物(wù)质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说(shuō)是(shì)生(shēng)命(mìng)进化的一个重要因素。

如(rú)果这(zhè)一(yī)理论得到进(jìn)一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的(de)行星上，暗(àn)物质正在(zài)通过这(zhè)样(yàng)的(de)效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这些推论中元节一般过几天，鬼节不能吃什么东西的大前提是(shì)要先找到暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到底存(cún)不存在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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