宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解(jiě)释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年(nián)当中进(jìn)行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现(xiàn)任何的(de)有(yǒu)效证据。除了(le)一个地方(fāng)，在1687年(nián)出(chū)版的自然哲(zhé)学(xué)数(shù)学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克(kè)牛顿发表(biǎo)了(le)万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规(guī)律。往后的几百(bǎi)年来，当天文(wén)学家们发(fā)现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异常，不符合(hé)万(wàn)有引力定(dìng)律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知的(de)天(tiān)体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发(fā)现了海王星的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引(yǐn)力定律所取得重大(dà)天文(wén)成就的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升(shēng)到星系(xì)或(huò)者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物(wù)理学(xué)家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和(hé)测量(liàng)后发星系团(tuán)的(de)质量。这是一(yī)个由数千(qiān)个星系所组成的(de)巨(jù)大星系团，这(zhè)些星(xīng)系被引(yǐn)力束(shù)缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一(yī)致，就可(kě)以(yǐ)确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度(dù)学的质量(liàng)"，需要的(de)数(shù)据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团(tuán)中的各个星系相对(duì)于星(xīng)系(xì)团的运(yùn)动速度。当(dāng)测量结(jié)果出来(lái)之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是(shì)“光度(dù)学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意味着(zhe)，后发(fā)座星系团有99%的质量消失(shī)了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所存在(zài)，我们(men)无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基(jī)发(fā)现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论上要(yào)快得多(duō)，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生的(de)引(yǐn)力(lì)是无法将它们束缚(fù)在星系团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该被抛出(chū)星系团(tuán)之外(wài)了，除非有一(yī)种神秘的力量在(zài)起作用，这(zhè)种力量(liàng)来(lái)源(yuán)于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹(zī)维基提(tí)出了(le)这样部分不可(kě)见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却(què)占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的质量。只是当(dāng)时(shí)的人(rén)们对这样的一种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词才再(zài)一次出现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的恒星在(zài)其(qí)轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的(de)结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根据(jù)牛顿的(de)万有引力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够(gòu)大的质量来(lái)吸引它们，这些外围的(de)恒(héng)星早就(jiù)被甩到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存(cún)在(zài)，这种方法就是测(cè)量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离(lí)星系中(zhōng)心的(de)距离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的(de)结果(guǒ)，就认(rèn)为是(shì)由暗物质的力量进入其(qí)中。

于(yú)是科(kē)学(xué)家们通过(guò)射电望(wàng)远镜(jìng)测量了距(jù)离星系(xì)中心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元(yuán)素，发(fā)现它(tā)们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律进行计算，太阳(yáng)系(xì)的(de)运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于(yú)理论(lùn)速(sù)度，那么产生以(yǐ)上这种向心加(jiā)速度的原因很可(kě)能(néng)就是存在着一种我们看不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力(lì)效应将(jiāng)星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开(kāi)始，越来(lái)越(yuè)多的研究(jiū)人员开始相信(xìn)暗(àn)物质的存在。科学家根据(jù)星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释(shì)这个现象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家(jiā)们(men)发现(xiàn)，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应的(de)遥远恒(héng)星之间，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在(zài)的恒星(xīng)数量(liàng)却(què)只有银河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学(xué)家们(men)使用(yòng)最(zuì)先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其进行了(le)40个(gè)小时的详细(xì)测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是(shì)可以用正常的物(wù)质和力学定律(lǜ)来解释的。那么(me)又(yòu)有人提(tí)出，也许该星系的暗(àn)物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人(rén)类对引力的(de)理解还不(bù)够全面(miàn)，引力(lì)很可能在不(bù)同尺度空间(jiān)中的工作方(fāng)式是(shì)不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式(shì)运动(dòng)。但是上升(shēng)到星系和星团的(de)尺度，引力之间的(de)相互作用则是不同的(de)方式。对于在星系团(tuán)之(zhī)间的相互作用(yòng)，科学家(jiā)还引入了(le)外部场效(xiào)应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光(guāng)年(nián)的规模(mó)上，巨大(dà)的(de)质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这(zhè)意(yì)味着我们需要对现(xiàn)在的物(wù)理定律进(jìn)行修正，这些(xiē)发(fā)现也(yě)让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有(yǒu)关(guān)于(yú)暗物质(zhì)存(cún)在的其他的理(lǐ)论证据(jù)，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子(zi)弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似(shì)这样的星团，它(tā)们大部分的(de)普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时候，星际(jì)气(qì)体的(de)相(xiāng)互(hù)作用就会(huì)导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有(yǒu)这些气体(tǐ)所在的中间区(qū)域。那么我(wǒ)们(men)通过什么来验证(zhèng)它的(de)质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个(gè)超大质(zhì)量的东西(xī)的引力，会(huì)使身(shēn)后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是在中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是(shì)当星(xīng)团发生(shēng)全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接通过了这个(gè)区(qū)域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究(jiū)也被认为是暗(àn)物(wù)质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据(jù)。

除此之(zhī)外，还(hái)有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的(de)微波(bō)辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家(jiā)们通过(guò)对(duì)前景背景分离(lí)后(hòu)的二(èr)值图像进行连通域(yù)提(tí)取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图(tú)形(xíng)看起来不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会(huì)减(jiǎn)小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的(de)测量(liàng)值，我们需要的(de)暗物质大约是普通物质(zhì)的(de)5倍。这个数字与解(jiě)释星系(xì)当(dāng)中恒星(xīng)运(yùn)动所需要的(de)暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个(gè)简单的理(lǐ)论(lùn)框架，就很好(hǎo)地解释了很多不(bù)同的(de)观测结果(guǒ)。而暗物质的(de)本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它们不参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒(lì)子的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找到了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科(kē)学家们已经(jīng)提出了数十种的(de)假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同(tóng)。在(zài)过去的(de)几十年当中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会(huì)与常规物质(zhì)相互作用的(de)“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性(xìng)的发现，除(chú)了一个地方，意大(dà)利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层(céng)楼高的探测(cè)器，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声(shēng)称观测(cè)到了某种信号(hào)。经(jīng)过了20多年(nián)的(de)数据(jù)收集(jí)，人们发(fā)现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗物质的第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但是为什(shén)么(me)暗物质会(huì)产生周(zhōu)期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在(zài)以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕着银河系进(jìn)行移(yí)动(dòng)，那么如果暗物质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意(yì)味着我们(men)也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的(de)速(sù)度(dù)围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以(yǐ)有(yǒu)半(bàn)年(nián)的时(shí)间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的(de)方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系的方(fāng)向是一(yī)致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份(fèn)的(de)时候，地(dì)球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好(hǎo)达到完(wán)全(quán)一致，这是(shì)理论上地球(qiú)穿越(yuè)暗物质(zhì)流最快的时段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况中，太(tài)阳系相对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个(gè)理论的(de)有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测(cè)到的(de)周期性信(xìn)号(hào)。当(dāng)然(rán)也可(kě)能有其(qí)他的情况，造成这种年度周期信号的差异(yì)也可能是(shì)温(wēn)度(dù)、湿(shī)度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符(fú)合(hé)这个周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科(kē)学家们又(yòu)在南(nán)半球(qiú)建(jiàn)立了(le)一个几乎相同的实验室(shì)，这里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流的(de)运动特(tè)征和第一个(gè)实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可(kě)以得(dé)到相同的信号，就可(kě)以成为暗(àn)物质所存在的(de)非(fēi)常有力(lì)的证据了。但是(shì)由于这个实(shí)验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目(mù)前(qián)还无法提供相应的(de)数好好记住我在你体内的感觉据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供(g好好记住我在你体内的感觉ōng)的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键的用(yòng)途(tú)就是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待了。费(fèi)米实验(yàn)室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有另一(yī)种神秘的(de)效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个(gè)重要(yào)因素(sù)。

如果这一(yī)理论得到进一(yī)步的证实，那么(me)遍(biàn)布(bù)宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的(de)行星上，暗物(wù)质(zhì)正在通过这样的效(xiào)应创造生(shēng)命。当然，这(zhè)些推论的大前提是要先找到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动好好记住我在你体内的感觉力！

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