宇宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为何会存在科(kē)学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家(jiā)们在(zài)过去的几十(shí)年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却(què)没有发现任何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛(niú)顿(dùn)发(fā)表了万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动的(de)规律。往后的(de)几百年来，当(dāng)天文(wén)学家(jiā)们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定律的时候，他(tā)们(men)就会(huì)知道，周围(wéi)一定有未(wèi)知的天体通过引力在(zài)摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现了(le)海(hǎi)王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或者是星(xīng)团的尺度，事情就(jiù)开始变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究(jiū)和测量后发星系团(tuán)的质(zhì)量。这(zhè)是一个由数千个(gè)星(xīng)系所组成(chéng)的(de)巨大星系团，这些(xiē)星系(xì)被引力束(shù)缚在一起。测(cè)量(liàng)星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要(yào)的(de)数据是测量各个星系的光(guāng)度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星(xīng)系团中的各(gè)个星系相对于(yú)星(xīng)系团的运动速(sù)度。当测量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消(xiāo)失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式(shì)所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在(zài)测量(liàng)速度(dù)的过程(chéng)中，兹威基(jī)发现星(xīng)系团中很多星(xīng)系的速(sù)度(dù)比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星(xīng)系(xì)的质量(liàng)所产生的引力是无法将它们(men)束(shù)缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于(yú)某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们(men)却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的一种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再一(yī)次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在观测(cè)仙女座(zuò)星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速度就会越慢(màn)。但是他(tā)们观(guān)测的结果(guǒ)却让人感到不可(kě)思议(yì)。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中如果没有足(zú)够(gòu)大的质量来吸引它(tā)们，这些外(wài)围的恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学(xué)家们会使用(yòng)一种(zhǒng)相对(duì)标准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就是(shì)测量星(xīng)系当中气体在(zài)X轴上距离星(xīng)系(xì)中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转速度(dù)。如果出现异常的(de)结(jié)果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质的力量进(jìn)入(rù)其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜(jìng)测量了(le)距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现(xiàn)它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的(de)力学定律。我们(men)的太(tài)阳系也(yě)不例(lì)外，太阳系位于银河系(xì)的第三(sān)悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引力定(dìng)律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的(de)运行速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度(dù)远远大(dà)于理论速度，那么产生(shēng)以(yǐ)上这(zhè)种向(xiàng)心加速度的(de)原因很可能(néng)就(jiù)是存在着一种我们看(kàn)不到的(de)物(wù)质，是这些(xiē)暗物(wù)质的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越来越多(duō)的研究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家(jiā)根据(jù)星(xīng)系(xì)外恒星(xīng)轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一(yī)可以解释这个(gè)现象的原(yuán)因。在一(yī)项新的研(yán)究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微(wēi)小差异。另外(wài)，天(tiān)文学家还发现了一个(gè)反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是(shì)星(xīng)系(xì)当中存在的恒(héng)星数量(liàng)却只有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存(cún)在暗(àn)物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家(jiā)们使用最(zuì)先(xiān)进(jìn)的望(wàng)远镜对其进行了40个小时(shí)的详(xiáng)细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是(shì)可以用正常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物(wù)质，已经(jīng)被附近的另(lìng)一个(gè)大星系剥离(lí)了。奇怪的(de)是，它的附近(jìn)没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一(yī)种可能(néng)就是人类(lèi)对引力的理解还不够(gòu)全面，引力很(hěn)可能(néng)在不同尺(chǐ)度空(kōng)间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的(de)天体会(huì)沿着它(tā)们的轨道，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的方式(shì)运动。但是上升到星系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用(yòng)则是不(bù)同的方(fāng)式。对于在星(xīng)系团(tuán)之(zhī)间的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规(guī)模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意味着我们需要(yào)对现在(zài)的物理定律进行修(xiū)正，这些发(fā)现也让很多人认为暗物质(zhì)假说(shuō)理论就此终结(jié)。但(dàn)是在宇宙当中还(hái)有关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这(zhè)些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离(lí)为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由(yóu)两个(gè)碰撞的(de)星系团所(suǒ)组成，类似(shì)这样的(de)星团(tuán)，它们大部分的(de)普通质(zhì)量都在星系的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互(hù)作用就会(huì)导(dǎo)致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)大部分(fēn)的质量将位于所(suǒ)有(yǒu)这些(xiē)气体所(suǒ)在(zài)的(de)中间区域(yù)。那么我们通(tōng)过(guò)什么(me)来验(yàn)证它的质量(liàng)区域(yù)到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空(kōng)望远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照片中我们(men)可以明显地看到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉(lā)伸(shēn)产生了(le)巨大(dà)的形变。其实这些星系(xì)本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量的(de)东西的引力(lì)，会使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是超(chāo)大(dà)质量(liàng)的(de)黑洞或者(zhě)是(shì)暗物(wù)质。

所(suǒ)以(yǐ)当人(rén)们对子弹星系(xì)团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大质量(liàng)区域并不(bù)是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到的质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边(biān)形(xíng)成了引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力透(tòu)镜研究也被认为(wèi)是暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为(wèi)止最好(hǎo)的理论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还(hái)有来自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年(nián)之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红(hóng)色(sè)的(de)部分(fēn)表示温度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对较冷的区域(yù)，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万(wàn)分(fēn)之(zhī)一。

科学家们(men)通过对前(qián)景背景分离后的(de)二值图像进(jìn)行连(lián)通(tōng)域提取(qǔ)和(hé)标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不(bù)应该是(shì)这样的，而随着暗物质的(de)增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解释(shì)星(xīng)系当(dāng)中恒星运动所需(xū)要的暗(àn)物质比例(lì)是一致的。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了一(yī)个简(jiǎn)单的理论框架，就(jiù)很好地(dì)解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的(de)粒子(zi)，它们不(bù)参(cān)与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在(zài)，就(jiù)相当于找到了暗(àn)物质存在(zài)的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了(le)数十种的假想目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些不(bù)同的目标粒(lì)子所需要的实验方(fāng)式(shì)也(yě)不相同。在(zài)过去(qù)的(de)几十年(nián)当(dāng)中，人(rén)类为了寻(xún)找这些看(kàn)不(bù)见、摸(mō)不到(dào)，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物质(zhì)相互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性的发(fā)现(xiàn)，除了一个地方，意大利的(de)格兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地(dì)球上最(zuì)大的地学实(shí)验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测(cè)器(qì)，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声(shēng)称观测到了某(mǒu)种信号(hào)。经(jīng)过(guò)了(le)20多(duō)年的数据(jù)收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的(de)6月份达(dá)到峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低，而且(qiě)在20年当(dāng)中每年都是一样。一(yī)些(xiē)科(kē)学家认(rèn)为这可能是人(rén)类发现暗(àn)物质(zhì)的第一个直(zhí)接(jiē)证据(jù)。

但(dàn)是为什(shén)么暗物(wù)质会(huì)产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了(le)太(tài)阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系(xì)进行移(yí)动，那么如(rú)果暗(àn)物质存在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我(wǒ)们也(yě)在以(yǐ)这(zhè)样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个(gè)过程(chéng)中会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的(de)方向与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系的(de)方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另外(wài)半年(nián)则(zé)与之相反。

而在(zài)6月份的时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好(hǎo)达到完(wán)全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好达(dá)到了最慢值。尽管在实(shí)际的(de)情况(kuàng)中(zhōng)，太阳(yáng)系相对(duì)银河(hé)系的(de)平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用来解释(shì)，研究(jiū)人员们所观测(cè)到的周(zhōu)期(qī)性信号。当然也(yě)可能有(yǒu)其他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的(de)差异也可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的(de)积(jī)雪(xuě)，甚(shèn)至(zhì)连(lián)意大(dà)利(lì)游客的数量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家(jiā)们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同的信号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗(àn)物(wù)质所(suǒ)存在的非(fēi)常有力(lì)的(de)证据了。但(dàn)是由于(yú)这个实(shí)验(yàn)室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还(hái)无法提供相应(yīng)的数据支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪(yí)器提供的视(shì)野是哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望(wàng)远镜其中一个关(guān)键的用途就(jiù)是探中国允许士兵投降吗 如果打仗了警察用上吗索暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对于(yú)探测的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如(rú)果暗(àn)物(wù)质(zhì)存在，它(tā)们极有可能拥有另一种神(shén)秘的效(xiào)应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的(de)诞生，或者说是(shì)生命进(jìn)化(huà)的一个重要(yào)因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论(lùn)得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不(bù)会意味着人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物(wù)质正在通过这样的效(xiào)应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我更新的(de)动力！

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