宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学(xué)家(jiā)们在过去(qù)的几(jǐ)十(shí)年当中(zhōng)进行了超过(guò)50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据。除(chú)了一个地(dì)方，在1687年(nián)出(chū)版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些(xiē)天(tiān)体(tǐ)运(yùn)行(xíng)轨道出(chū)现异常(cháng)，不(bù)符合万(wàn)有引力定律(lǜ)的(de)时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过(guò)引(yǐn)力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天(tiān)王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是应用万(wàn)有引力定(dìng)律所(suǒ)取得重大天文成就(jiù)的(de)例(lì)子。但是这些发现都是在(zài)恒星(xīng)系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学(xué)家弗里茨(cí)兹威基(jī)正(zhèng)在研究(jiū)和测量后(hòu)发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的(de)质量一(yī)般(bān)会使用到(dào)两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需(xū)要的数据是(shì)测量各个星(xīng)系的光(guāng)度(dù)。

第二种是动力学质(zhì)量(liàng)的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系(xì)团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速(sù)度(dù)。当(dāng)测(cè)量结果出来(lái)之后，兹威基(jī)彻底懵(měng)了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后(hòu)发(fā)座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过(guò)程(chéng)中，兹威基发现星(xīng)系团中(zhōng)很多(duō)星系的速度比理论(lùn)上要快得多，按(àn)照牛(niú)顿的(de)运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在(zài)星系团内的，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之外了，除(chú)非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了(le)这样部分(fēn)不可见的(de)暗质，它(tā)不发散(sàn)光(guāng)、吸光(guāng)、反射光，但是它们却(què)占(zhàn)据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时(shí)的人们(men)对这样的(de)一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出(chū)现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议(yì)。

随着与中(zhōng)心距离的(de)增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不(bù)变(biàn)。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足(zú)够(gòu)大的质量来吸引它们，这(zhè)些(xiē)外围(wéi)的(de)恒星(xīng)早就被甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。基(jī)于这种现(xiàn)象，科(kē)学家们(men)会使用一种相对标(biāo)准的(de)方(fāng)法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是(shì)测(cè)量(liàng)星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物(wù)质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们(men)通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位(wèi)于银河系(xì)的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太(tài)阳系的运(yùn)行速度(dù)应该是(shì)160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速(sù)度(dù)的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了(le)一(yī)起。

也是从(cóng)这时开(kāi)始，越来越(yuè)多(duō)的(de)研(yán)究人员(yuán)开始相信暗物(wù)质的存在。科(kē)学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星(xīng)系当中暗(àn)物质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以(yǐ)解释(shì)这个现象的(de)原因。在一项新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应的(de)遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会出现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异(yì)。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星(xīng)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(yuǎn)镜对其进行了(le)40个小时的(de)详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用正常(cháng)的(de)物(wù)质(zhì)和力学定律(lǜ)来解释(shì)的。那么又(yòu)有人提出，也(yě)许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另一个(gè)大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能(néng)就是人类对(duì)引(yǐn)力的理解(jiě)还不够全面，引力很(hěn)可能在(zài)不同尺(chǐ)度空(kōng)间中的工作(zuò)方式是不同的，这意(yì)味着在(zài)行星系(xì)尺度中的天(tiān)体(tǐ)会沿着它们(men)的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方(fāng)式运动(dòng)。但是(shì)上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用(yòng)则是不(bù)同的(de)方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入(rù)了外部场效(xiào)应的概念，指的(de)是在数百万(wàn)光年(nián)的规模上(shàng)，巨(jù)大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼此特殊的(de)效果，这(zhè)个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意(yì)味(wèi)着我们(men)需要(yào)对现在的物理定(dìng)律进行修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此(cǐ)终结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗物质存(cún)在的其他的理论(lùn)证据，这些(xiē)理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹(dàn)星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普(pǔ)通质量都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就(jiù)会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质量将(jiāng)位于(yú)所有这些气体所在的中间(jiān)区(qū)域。那么我们通过什么来(lái)验证它(tā)的质(zhì)量区域到(dào)底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照片中我们(men)可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这(zhè)些星(xīng)系本身(shēn)并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)出(chū)了什(shén)么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我(wǒ)们(men)地球上的观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大(dà)的天(tiān)体遮挡，这个(gè)超(chāo)大质量的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是(shì)引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测(cè)的时候，发现它的大质量(liàng)区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到的(de)质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质则直(zhí)接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)的(de)引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存(cún)在的迄(qì)今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐(fú)射。其中红(hóng)色的(de)部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则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(jǐng)背景分离后的二值(zhí)图像(xiàng)进行连通(tōng)域提取和标记(jì)之(zhī)后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起来不(bù)应该是(shì)这样的，而(ér)随(suí)着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射的测(cè)量值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物质(zhì)的(de)5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一(yī)个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很(hěn)多不同(tóng)的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着(zhe)某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他(tā)的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的(de)存在，就相当(dāng)于找到(dào)了暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科学家们已经提(tí)出(chū)了数十种的假想目标(biāo)，而要(yào)寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的(de)目标(biāo)粒子所需(xū)要的实验方(fāng)式也(yě)不相同。在(zài)过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物(wù)质相互作用(yòng)的(de)“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过(guò)50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地(dì)球上(shàng)最大的(de)地学实验室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性(xìng)震荡。

自199为什么911不撞白宫，911未撞上白宫的飞机7年以来，这里的科学(xué)家声称观测到了(le)某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人们发现了(le)一个有趣(qù)的事情。探测率会在每年的(de)6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年(nián)当中每年都(dōu)是一样(yàng)。一些(xiē)科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗(àn)物质的第一个直(zhí)接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着银河系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意味着我们也(yě)在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过(guò)程中会(huì)产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候(hòu)，地球与太(tài)阳的方向正(zhèng)好达到完(wán)全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流(liú)最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银(yín)河系(xì)的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科(kē)学家认为(wèi)这可(kě)以用来解(jiě)释，研究人员们(men)所观测(cè)到(dào)的周期性(xìng)信号。当然(rán)也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也符(fú)合这个周期(qī)的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们又(yòu)在南半球建(jiàn)立(lì)了(le)一(yī)个几乎相同的为什么911不撞白宫，911未撞上白宫的飞机实验室，这里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质(zhì)流的运(yùn)动特(tè)征和(hé)第一个实(shí)验(yàn)室是一样的(de)。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在(zài)的非(fēi)常有(yǒu)力的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截(jié)至(zhì)目前(qián)还(hái)无(wú)法提供(gōng)相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野是(shì)哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背(bèi)后的奥秘(mì)，对于(yú)探测的结果，我们(men)只能(néng)拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存在，它们(men)极有可(kě)能拥有另(lìng)一种神秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物质效应，会(huì)支持(chí)宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得(dé)到(dào)进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不会(huì)意味着人类(lèi)并(bìng)不孤(gū)单呢(ne)？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的(de)行星(xīng)上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先找到暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的实(shí)际证据。那(nà)么(me)小伙伴们(men)，你们觉得(dé)暗物质到底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我更新(xīn)的(de)动力(lì)！

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