宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是(shì)什(shén)么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在的证据，科(kē)学(xué)家们(men)在(zài)过去的几十年当中进(jìn)行了超(chāo)过50次的长期实验，但(dàn)是却(què)没有发现任何的有效证据。除(chú)了(le)一(yī)个地方，在1687年出(chū)版的(de)自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体运动的(de)规律。往后(hòu)的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文(wén)学(xué)家们发现某些天体运(yùn)行(xíng)轨道(dào)出现异常，不符(fú)合万有引力定律的(de)时候，他们就会(huì)知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动(dòng)它(tā)的轨道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过(guò)天王星(xīng)运行轨道的异常，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星(xīng)的发(fā)现都(dōu)是应(yīng)用万有引力定律所取得重大天文成就的(de)例(lì)子。但(dàn)是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学家弗(fú)里茨(cí)兹威基(jī)正在研究和测量(liàng)后发星系团(tuán)的质量。这是一(yī)个由数千个星系(xì)所(suǒ)组(zǔ)成的巨(jù)大星系(xì)团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测(cè)量(liàng)星(xīng)系(xì)团的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结(jié)果一致(zhì)，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一(yī)种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需(xū)要的(de)数据是测量各个星系(xì)的光度(dù)。

第二种是(shì)动(dòng)力学(xué)质量的计算，是(shì)利(lì)用光谱红移测量(liàng)星系(xì)团中(zhōng)的(de)各(gè)个星系相对于星系团的运动速度(dù)。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着(zhe)，后发座(zuò)星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是(shì)，在(zài)测量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理(lǐ)论上(shàng)要快得多(duō)，按照牛顿的(de)运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的(de)引力是无法将(jiāng)它(tā)们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该被(bèi)抛出(chū)星系团之外了(le)，除非有一种神秘的力量(liàng)在(zài)起作用，这种力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质(zhì)量。只是(shì)当时的人们(men)对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文(wén)学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙(xiān)女座星系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离中心越(yuè)远的恒(héng)星在其(qí)轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他们(men)观(guān)测的结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎(hū)保持不变(biàn)。可是(shì)根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系(xì)当(dāng)中(zhōng)如果没有(yǒu)足够(gòu)大的(de)质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用一(yī)种相对标准的方法来(lái)解(jiě)释(shì)暗物质(zhì)的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星(xīng)系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了(le)距离星系中(zhōng)心(xīn)更远(yuǎn)距(jù)离的氢(qīng)元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋转速度(dù)并不符合牛(niú)顿的力(lì)学(xué)定律。我们的(de)太(tài)阳系也不例外(wài)，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力定(dìng)律进行计算，太(tài)阳系(xì)的运(yùn)行速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度(dù)，那么产生以上这种向心加速度的(de)原因很(hěn)可能(néng)就是(shì)存(cún)在着一种我们(men)看不到的物质(zhì)，是(shì)这(zhè)些暗物质的引力(lì)效(xiào)应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信(xìn)暗(àn)物质(zhì)的存在。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速度，估算(suàn)在(zài)星(xīng)系当(dāng)中暗物(wù)质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯(wéi)一(yī)可以解(jiě)释(shì)这个现象(xiàng)的原因。在一(yī)项新的研究当中(zhōng)，科学家们(men)发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力(lì)效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的(de)微小差(chà)异。另外(wài)，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和(hé)银河系(xì)不多，但是(shì)星系当中存在的恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河系的(de)千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在(zài)暗(àn)物质，否则(zé)就(jiù)会(huì)分(fēn)崩离(lí)析。但(dàn)是(shì)科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和力学定(dìng)律来解(jiě)释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个(gè)大星(xīng)系剥(bō)离(lí)了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在(zài)。造成(chéng)这些现象的(de)除了(le)暗物质的(de)假说之外(wài)，另一种可能就是(shì)人类对引力的理解(jiě)还不(bù)够全面，引力(lì)很可(kě)能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是(shì)不同的(de)，这意味着(zhe)在行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它们的轨道(dào)，按照我们(men)所理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但是上升(shēng)到星系(xì)和星(xīng)团的(de)尺(chǐ)度，引力(lì)之(zhī)间的相互作用则(zé)是(shì)不同的(de)方式。对于(yú)在(zài)星系团之间的相互作用，科(kē)学家还引入了外部场效(xiào)应的概(gài)念，指的是(shì)在数百(bǎi)万光年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这意味(wèi)着我们需(xū)要对现在的(de)物理定(dìng)律进(jìn)行修(xiū)正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似(shì)这样的星团，它(tā)们大部分(fēn)的普通(tōng)质量都在星系(xì)的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温度(dù)的急(jí)剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在(zài)理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将(jiāng)位于所有(yǒu)这(zhè)些气(qì)体所(suǒ)在(zài)的中(zhōng)间(jiān)区(qū)域。那么我们通过什(shén)么来(lái)验(yàn)证它的质量区域到底(dǐ)是(shì)不(bù)是集(jí)中在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太(tài)空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真的(de)被扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜出了(le)什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地(dì)球(qiú)上的观测者(zhě)之间(jiān)。被一(yī)个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量的东西的(de)引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的天体可能(néng)是超(chāo)大质量的(de)黑洞(dòng)或(huò)者(zhě)是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人(rén)们(men)对子(zi)弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质(zhì)量区域并不是在(zài)中间，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以最好的解释方(fāng)法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是(shì)暗(àn)物质存在的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证据(jù)。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年(nián)之(zhī)后(hòu)，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上留下(xià)了(le)各相同性的(de)微波(bō)辐射。其(qí)中(zhōng)红色的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差(chà)只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进(jìn)行连通域提(tí)取(qǔ)和标记之后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看(kàn)起来(lái)不应(yīng)该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一(yī)些峰值的幅度会(huì)减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐(fú)射的测量值，我们需要(yào)的暗(àn)物质大约是普通(tōng)物质(zhì)的(de)5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要(yào)的暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用(yòng)了一(yī)个简(jiǎn)单的理论框架，就很(hěn)好地(dì)解释(shì)了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着(zhe)某种类型的(de)粒子，它们不参与任何其他的(de)电(diàn)磁(cí)作用(yòng)，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果(guǒ)能够(gòu)找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是什(shén)么(me)？科学家们已经(jīng)提出(chū)了数十种的假想目(mù)标(biāo)，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需要的实(shí)验(yàn)方式(shì)也不(bù)相同(tóng)。在(zài)过去的(de)几十年当(dāng)中，人类为了(le)寻找这些看(kàn)不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎(hū)不会与(yǔ)常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次的实(shí)验，却没有(yǒu)任何实质性的(de)发现，除(chú)了一个地(dì)方，意大(dà)利的(de)格(gé)兰萨(sà)索山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层(céng)楼高的探测器，一直(zhí)致(zhì)力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发(fā)现了一个有(yǒu)趣的事情(qíng)。探测率(lǜ)会在每(měi)年的6月份达到峰值，然(美团的肯德基会员卡收费吗多少钱 肯德基办会员要钱吗rán)后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度(dù)信号(hào)呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太(tài)阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们也(yě)在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度(dù)围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河(hé)系的方向是一致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快的(de)时段(duàn)。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达(dá)到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实际的(de)情况(kuàng)中，太阳系(xì)相(xiāng)对银(yín)河系的平(píng)面(miàn)呈现了60度(dù)的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论的(de)有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解(jiě)释，研(yán)究人(rén)员们所观测(cè)到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年(nián)度周期信号的差(chà)异(yì)也可能(néng)是温度、湿(shī)度、土壤中的(de)水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利(lì)游客的(de)数量也符合(hé)这个周期(qī)的规律。

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所以，科学(xué)家们又在(zài)南半球建立了(le)一(yī)个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的(de)季(jì)节与之前的实(shí)验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和(hé)第(dì)一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到(dào)相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的(de)证(zhèng)据了(le)。但是由于这个(gè)实验室刚(gāng)刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所(suǒ)以(yǐ)截至目前(qián)还(hái)无法提供相应的(de)数据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽(kuān)视(shì)场仪器提供的(de)视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中(zhōng)一个(gè)关键的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质(zhì)背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我们只能拭目以(yǐ)待(dài)了(le)。费米(mǐ)实(shí)验室粒子(zi)天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗物质存(cún)在(zài)，它们极(jí)有可(kě)能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进(jìn)一步(bù)的证实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会不会(huì)意味着人(rén)类(lèi)并不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这(zhè)样的效应创造生(shēng)命。当然(rán)，这些(xiē)推论的大前提是要先找到暗(àn)物质存在的实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新(xīn)的动力！

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