宇宙是“人(rén)为制造”的(de)？为何会存在科学无法解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什么(me)？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家(jiā)们在过去的(de)几十(shí)年(nián)当中进行了超(chāo)过50次的长期(qī)实(shí)验(yàn)，但(dàn)是(shì)却没有(yǒu)发现任何(hé)的有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学(xué)数学(xué)原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的(de)规律。往后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天文学家们发(fā)现某些(xiē)天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道(dào)的异常，推算并且(qiě)发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力(lì)定律所(suǒ)取得重大(dà)天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系(xì)统(tǒng)的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星系被(bèi)引(yǐn)力束缚在(zài)一(yī)起。测量星系团的(de)质量(liàng)一般(bān)会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其(qí)质量的范围(wéi)。

第一种是(shì)获(huò)得(dé)其"光度学(xué)的(de)质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学(xué)质量(liàng)的计算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移(yí)测量星系团(tuán)中的各个星系相对于(yú)星系团的运动(dòng)速度(dù)。当测(cè)量结果出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了(le)，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可见光(guāng)的形式(shì)所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异(yì)的(de)是，在(zài)测(cè)量速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威(wēi)基(jī)发现(xiàn)星系团中(zhōng)很(hěn)多星(xīng)系(xì)的速度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的引力(lì)是无法将(jiāng)它(tā)们束缚在星系团内的，它们(men)早就应该被抛出星系(xì)团之外了，除(chú)非有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量(liàng)来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据(jù)此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它们(men)却(què)占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当(dāng)时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质(zhì)”这个词(cí)才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测(cè)仙女座星(xīng)系(xì)中的恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中心(xīn)越(yuè)远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会(huì)越慢。但是他们观测的(de)结(jié)果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律(lǜ)，在(zài)星系(xì)当(dāng)中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种现象，科(kē)学家们会(huì)使用一种相对(duì)标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是(shì)测量星系(xì)当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离(lí)星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的(de)结果，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离(lí)的氢元(yuán)素(sù)，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度并不符合(hé)牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河(hé)系(xì)的第三(sān)悬臂之(zhī)上(shàng)，距(jù)离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河(hé)系(xì)旋转，这(zhè)个实(shí)际(jì)速度远远大于理论速度，那么产生以上这(zhè)种向(xiàng)心(xīn)加(jiā)速(sù)度的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不(bù)到的(de)物质(zhì)，是这些暗(àn)物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究(jiū)人员(yuán)开始相信(xìn)暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没(méi)有引力效应(yīng)的遥远恒(héng)星之间，也会出现(xiàn)速(sù)度上的(de)微小差异。另外(wài)，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一个反常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银(yín)河(hé)系不多，但是星(xīng)系当中存(cún)在的恒星(xīng)数量却(què)只有银(yín)河系的千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该(gāi)星(xīng)系(xì)必(bì)须存(cún)在(zài)暗物质，否则就会分(fēn)崩离析(xī)。但是科学家们使用最先(xiān)进(jìn)的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的(de)详细测(cè)量(liàng)之后，发现星系(xì)中(zhōng)的恒星运(yùn)动(dòng)是可(kě)以(yǐ)用(yòng)正(zhèng)常的(de)物质和力学定律来解(jiě)释的。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附(fù)近的另一(yī)个(gè)大星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任(rèn)何星(xīng)系存(cún)在。造成这些(xiē)现象的(de)除(chú)了暗物(wù)质的假说之(zhī)外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还(hái)不够全面，引力(lì)很可能在不(bù)同尺度空(kōng)间中的(de)工作方(fāng)式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺(chǐ)度中的(de)天体会沿着它们的(de)轨道，按照我们所(suǒ)理解的(de)方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不同的(de)方式(shì)。对于(yú)在星系团之(zhī)间的(de)相互(hù)作用，科学家(jiā)还引入了(le)外部场效应(yīng)的(de)概念，指的是在数百万光(guāng)年的(de)规模上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立(lì)，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发现也(yě)让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但(dàn)是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其他的理论(lùn)证据(jù)，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解释的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的(de)星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它(tā)们大部分的普通(tōng)质量都在星系(xì)的气(qì)体当(dāng)中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就会导致(zhì)温度为什么家人的核酸检测都出来了,我的还没有出来，和家人一起做的核酸检测为什么我的没出结果(dù)的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质(zhì)量(liàng)将位于所有这些气体所(suǒ)在的中间(jiān)区(qū)域。那么我们通过什么来验证它的质(zhì)量区域到底是不(bù)是集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以明(míng)显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系(xì)似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身并不(bù)是(shì)真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极(jí)遥远(yuǎn)的(de)天(tiān)体和我们地(dì)球上的(de)观(guān)测者之间。被一个(gè)质(zhì)量(liàng)超(chāo)级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的(de)光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大的(de)天体(tǐ)可(kě)能是(shì)超大(dà)质(zhì)量的黑(hēi)洞或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对(duì)子弹星系(xì)团观(guān)测的时(shí)候，发(fā)现它的大质量区(qū)域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发生全部(bù)的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到的质量气(qì)体被卡(kǎ)在了(le)中(zhōng)间(jiān)，暗物质(zhì)则(zé)直接(jiē)通过了这个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系团的(de)引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的(de)理论证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的(de)光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性(xìng)的(de)微(wēi)波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较高的(de)区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际(jì)上它(tā)们之间(jiān)的温(wēn)差(chà)只有万分之一。

科学(xué)家们(men)通过对前(qián)景背景分离后的(de)二值图像进行连通域提取和标记之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的(de)增加，一些峰值(zhí)的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的测量值，我们(men)需要的暗(àn)物(wù)质大约是普通物(wù)质的(de)5倍。这(zhè)个(gè)数字与(yǔ)解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物(wù)质比例是一致的(de)。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了(le)很多不同的(de)观(guān)测结果。而(ér)暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种类(lèi)型(xíng)的粒子(zi)，它们(men)不参与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力来相互作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能(néng)够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标(biāo)粒子所需要的实验方式也(yě)不相同。在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人(rén)类为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会(huì)与常规物质相互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次的实(shí)验，却(què)没(méi)有任何(hé)实质性的发现，除(chú)了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大(dà)的(de)地学实验室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们(men)发现了一个有趣(qù)的事情为什么家人的核酸检测都出来了,我的还没有出来，和家人一起做的核酸检测为什么我的没出结果。探(tàn)测率会在每年的(de)6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后在11月降到(dào)最低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第(dì)一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年(nián)度(dù)信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进(jìn)行移(yí)动，那么如果暗物(wù)质存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这(zhè)样(yàng)的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这(zhè)个(gè)过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度(dù)围绕(rào)太(tài)阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环(huán)绕(rào)银河系的(de)方向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达(dá)到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在(zài)11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了(le)最慢(màn)值。尽管(guǎn)在(zài)实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系(xì)相(xiāng)对银河系(xì)的平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的(de)有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究(jiū)人员们所观(guān)测到的周期性信(xìn)号。当(dāng)然也可能有(yǒu)其他的情(qíng)况(kuàng)，造成(chéng)这种(zhǒng)年(nián)度周期信号的差(chà)异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至(zhì)连(lián)意大利游客的数量也符合(hé)这个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们又(yòu)在(zài)南半(bàn)球建立(lì)了一个(gè)几乎(hū)相同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的(de)季节(jié)与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流(liú)的运(yùn)动特(tè)征和第一个实验(yàn)室是(shì)一(yī)样的(de)。

因此，如(rú)果在这里可以得(dé)到(dào)相同的信号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质所存在的非(fēi)常有力的证据(jù)了(le)。但(dàn)是由(yóu)于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目(mù)前还(hái)无法提供(gōng)相(xiāng)应的数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它(tā)的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜其中一(yī)个关键(jiàn)的用途(tú)就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中(zhōng)心的科学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特(tè)芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极(jí)有可能拥(yōng)有另一种神(shén)秘的(de)效应，这种暗物(wù)质效应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生命(mìng)的(de)诞(dàn)生，或(huò)者(zhě)说是生命进化的一个(gè)重要因素。

如(rú)果这一理论(lùn)得(dé)到进(jìn)一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落的行星上(shàng)，暗物质(zhì)正(zhèng)在通(tōng)过这样的效应创造生命(mìng)。当然(rán)，这(zhè)些推论的大前提是要先找到暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我更新的(de)动(dòng)力！

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