宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为(wèi)何会存(cún)在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是(shì)什么？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过(guò)去的几十年(nián)当中进(jìn)行(xíng)了超过(guò)50次(cì)的长期实(shí)验，但(dàn)是(shì)却没有发(fā)现任何的有(yǒu)效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规(guī)律(lǜ)。往后的几(jǐ)百年来(lái)，当天(tiān)文学(xué)家们发现(xiàn)某些天(tiān)体(tǐ)运行(xíng)轨(guǐ)道出现异常，不符合(hé)万有引力(lì)定(dìng)律的时候，他(tā)们就会知(zhī)道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力(lì)在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天(tiān)王星(xīng)运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存(cún)在(zài)。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的(de)发现都(dōu)是应用万(wàn)有引力定律所取得重大(dà)天(tiān)文(wén)成就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星系团的质量。这是一(yī)个由(yóu)数千个(gè)星系所组(zǔ)成的巨(jù)大星系(xì)团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系(xì)团的质量一(yī)般会(huì)使用到两种方法，当(dāng)两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就(jiù)可(kě)以确定(dìng)其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第(dì)二(èr)种是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移(yí)测(cè)量星系团中的各个星(xīng)系相对于星系团(tuán)的运动速度(dù)。当测(cè)量(liàng)结果出(chū)来之后(hòu)，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意(yì)味(wèi)着(zhe)，后发座星系团有99%的(de)质量(liàng)消失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可(kě)见(jiàn)光(guāng)的形式(shì)所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测(cè)量速度的过(guò)程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生(shēng)的引力是(shì)无法(fǎ)将(jiāng)它(tā)们束缚在星系团内(nèi)的(de)，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了(le)，除(chú)非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的(de)力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种(zhǒng)力量(liàng)来(lái)源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是(shì)当时(shí)的人(rén)们(men)对这样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直(zhí)到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系(xì)中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的(de)运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观测的(de)结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿的(de)万有引力(lì)定律，在星系当中如(rú)果没有足够大的(de)质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒(héng)星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来解释暗(àn)物质的存(cún)在(zài)，这种方法就是测量星(xīng)系当中气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋(xuán)转速度。如(rú)果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入(rù)其(qí)中。

于是科学家(jiā)们(men)通过射电望远镜(jìng)测(cè)量了距(jù)离(lí)星(xīng)系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的(de)太阳系也不例(lì)外，太阳系(xì)位于(yú)银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳(yáng)系的(de)运行速(sù)度(dù)应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论速(sù)度，那么产(chǎn)生(shēng)以上这种向心加速度(dù)的(de)原因很可能就(jiù)是存在(zài)着一种我们(men)看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力(lì)效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始(shǐ)相信暗物质的存(cún)在。科学家根(gēn)据(jù)星系外恒星轨道的速度(dù)，估算(suàn)在星系当中暗物(wù)质的(de)质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研(yán)究当(dāng)中，科学家们发现，几(jǐ中国有多少个在职少将，中国现有多少在职上将)乎没有引力效应(yīng)的(de)遥远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文(wén)学(xué)家还发现(xiàn)了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却(què)只(zhǐ)有银(yín)河系的千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上(shàng)，该星(xīng)系必(bì)须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家(jiā)们使(shǐ)用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系(xì)中的(de)恒星(xīng)运动是可以用正常(cháng)的物质和(hé)力(lì)学(xué)定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的(de)暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星(xīng)系剥(bō)离(lí)了。奇怪的(de)是，它(tā)的附近没有任(rèn)何星(xīng)系(xì)存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的除了(le)暗物(wù)质的假说之外，另一种可能(néng)就(jiù)是人类(lèi)对引力(lì)的(de)理解还不够全(quán)面，引(yǐn)力很可能在不(bù)同尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这(zhè)意(yì)味着(zhe)在(zài)行星系尺度(dù)中的(de)天(tiān)体会(huì)沿着它们(men)的(de)轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上(shàng)升到(dào)星系和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力之(zhī)间的相互作(zuò)用则是不(bù)同的(de)方式(shì)。对于在(zài)星(xīng)系团之间的相互(hù)作用，科学家还引入(rù)了外部(bù)场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的(de)规模(mó)上，巨大(dà)的(de)质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要对现在(zài)的物(wù)理定律进行修正，这些发(fā)现也让很多(duō)人认为暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗(àn)物(wù)质存在的其他(tā)的理论证据，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似(shì)这样的星团(tuán)，它们(men)大部分的普通质量都(dōu)在星系(xì)的气体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大(dà)幅降(jiàng)低(dī)。所以在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团大部(bù)分的(de)质量将(jiāng)位于所有这些(xiē)气体所在的(de)中(zhōng)间区域。那么我(wǒ)们通过什么来验证它的(de)质量区域到(dào)底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了(le)宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片(piàn)，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到(dào)很多星系似乎(hū)被(bèi)拉(lā)伸产生了巨大的(de)形变。其实这些星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也(yě)不(bù)是(shì)韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的(de)天体和我(wǒ)们地球上的(de)观测者之(zhī)间。被一个质(zhì)量超级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发(fā)现它(tā)的(de)大质量区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释(shì)方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是(shì)当(dāng)星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气(qì)体被卡(kǎ)在(zài)了中(zhōng)间，暗(àn)物质(zhì)则直接通过了(le)这个区域，并在两(liǎng)边(biān)形(xíng)成了(le)引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力(lì)透(tòu)镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的(de)迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光(guāng)终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间(jiān)背景上(shàng)留下了各相同性(xìng)的微波(bō)辐射。其(qí)中(zhōng)红色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域(yù)，但实际上它们(men)之(zhī)间(jiān)的温差只有(yǒu)万分(fēn)之一(yī)。

科学家们通(tōng)过(guò)对前景背(bèi)景分离后的(de)二值图像进行连通域提取和(hé)标记之(zhī)后(hòu)发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物中国有多少个在职少将，中国现有多少在职上将质的增加，一些峰值(zhí)的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒(héng)星运动所需要(yào)的暗物(wù)质比例是(shì)一致的(de)。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一个简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好地解释了很(hěn)多不(bù)同的观(guān)测结果。而(ér)暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的(de)粒子，它们不参与(yǔ)任(rèn)何其他的(de)电磁作用，只通过引力(lì)来相互作用(yòng)。所以如果能够(gòu)找到这(zhè)种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已(yǐ)经提出了数十种的(de)假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不(bù)同的目(mù)标(biāo)粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的几十年(nián)当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物(wù)质(zhì)相互(hù)作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行(xíng)了(le)超(chāo)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，意大(dà)利(lì)的格(gé)兰(lán)萨(sà)索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的地(dì)学实(shí)验室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个(gè)三(sān)层(céng)楼(lóu)高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称观(guān)测到了某种信(xìn)号(hào)。经(jīng)过了20多年的数(shù)据(jù)收集，人(rén)们发现(xiàn)了(le)一(yī)个有趣的事情。探(tàn)测(cè)率会(huì)在(zài)每年(nián)的6月(yuè)份达(dá)到(dào)峰值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到(dào)最低(dī)，而且在20年(nián)当中每年(nián)都是一样(yàng)。一些科学家认(rèn)为(wèi)这可能(néng)是人(rén)类发现(xiàn)暗物质的第一个直(zhí)接证据(jù)。

但是(shì)为什么暗物质会产(chǎn)生周期(qī)性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河(hé)系进行(xíng)移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿(chuān)越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个(gè)过程(chéng)中(zhōng)会(huì)产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同(tóng)时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的速度(dù)围绕(rào)太(tài)阳(yáng)进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系(xì)的(de)方向是(shì)一致的，而另外半(bàn)年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月份的(de)时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到完全(quán)一致，这是理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗(àn)物质流最快的(de)时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的(de)情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的(de)倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论的(de)有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释，研究人员们所观(guān)测到(dào)的(de)周(zhōu)期性信(xìn)号(hào)。当然也可能有其他的情(qíng)况，造(zào)成这(zhè)种年度周(zhōu)期信(xìn)号的差(chà)异也可(kě)能是(shì)温度(dù)、湿(shī)度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大利(lì)游客的数量也(yě)符合这个(gè)周期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在(zài)南半(bàn)球建立了一个(gè)几乎相同的实验室(shì)，这里的季节与之前的(de)实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流(liú)的运动(dòng)特征和第一个实(shí)验室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就(jiù)可以(yǐ)成(chéng)为暗物质所存在的非(fēi)常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但是由于(yú)这个实(shí)验室刚刚(gāng)建成不久，所以截(jié)至目(mù)前还无(wú)法(fǎ)提供相应的(de)数据(jù)支持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的(de)望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目(mù)以待(dài)了(le)。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质(zhì)存在(zài)，它们极有可(kě)能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说是生命(mìng)进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落(luò)的行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在通过这样(yàng)的(de)效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找到(dào)暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。那么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物(wù)质(zhì)到底(dǐ)存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动(dòng)力！

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