宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何(hé)会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证(zhèng)据(jù)，科(kē)学(xué)家们在过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任何(hé)的有效证据。除(chú)了(le)一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数(shù)学(xué)原理一(yī)书(shū)中，埃(āi)萨(sà)克牛(niú)顿发表了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的(de)规律。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当天文学家们(men)发现某些天体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力(lì)定(dìng)律的时候(hòu)，他们就会知道(dào)，周围(wéi)一(yī)定(dìng)有未知的天体(tǐ)通过引力在(zài)摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行(xíng)轨道的(de)异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都是(shì)应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就(jiù)的例(lì)子。但(dàn)是这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系或者是星(xīng)团的(de)尺(chǐ)度(dù)，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研究和测量后(hòu)发星系团的(de)质量。这是(shì)一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般(bān)会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法(fǎ)结(jié)果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的(de)质(zhì)量"，需要的数据是测量(liàng)各个星(吴亦凡真的在牢里吗，吴亦凡为什么被关进牢里xīng)系(xì)的光度。

第二种是(shì)动力学质(zhì)量的计算，是利用(yòng)光谱红移(yí)测量星系团(tuán)中的各个星系相对于星系团的运(yùn)动速度。当(dāng)测量结果出(chū)来之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量”的(de)400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者(zhě)说(shuō)这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团中(zhōng)很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛(niú)顿的(de)运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量(liàng)所产生的引力(lì)是无(wú)法将它们束缚在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种神(shén)秘的力量在(zài)起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于(yú)某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出(chū)了这(zhè)样部分不可见的暗吴亦凡真的在牢里吗，吴亦凡为什么被关进牢里质，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的(de)质量。只是当时(shí)的人(rén)们(men)对这(zhè)样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到40年(nián)之(zhī)后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文(wén)学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的(de)恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就(jiù)会越(yuè)慢(màn)。但是他们观测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增(zēng)加，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的(de)万有引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大(dà)的质量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科(kē)学家们会使用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的(de)方(fāng)法来(lái)解释暗物(wù)质的存在，这(zhè)种方法就是测量(liàng)星系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距(jù)离(lí)星(xīng)系(xì)中心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的(de)结果，就认为是由暗(àn)物(wù)质的(de)力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系(xì)中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符(fú)合(hé)牛顿的(de)力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系(xì)中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力(lì)定律进行计算，太(tài)阳系(xì)的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于(yú)理论速度，那么产生以上这(zhè)种向(xiàng)心加(jiā)速(sù)度的原(yuán)因很可(kě)能就是(shì)存在着一种我们看(kàn)不到(dào)的(de)物质，是(shì)这些暗物质的引力效应(yīng)将(jiāng)星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗物(wù)质的存(cún)在(zài)。科学家根据(jù)星系外(wài)恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估算(suàn)在星系当(dāng)中暗物质的(de)质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个(gè)现象的原因。在一(yī)项新的研(yán)究(jiū)当中，科学家们(men)发现(xiàn)，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会(huì)出现速度(dù)上的(de)微小差(chà)异。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当中存在(zài)的恒星数量却只有银河(hé)系的千分之(zhī)一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该(gāi)星系(xì)必须存(cún)在暗(àn)物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可(kě)以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释(shì)的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出(chū)，也许该星(xīng)系的暗物(wù)质，已经被附近的(de)另一个大星系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它的附(fù)近没有任何(hé)星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就(jiù)是(shì)人(rén)类对引力的理解还不够全(quán)面，引力很可(kě)能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力(lì)之间的相互作用(yòng)则(zé)是不同的方式(shì)。对(duì)于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的(de)概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会(huì)产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味着我(wǒ)们(men)需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在(zài)的(de)其他的理论证据(jù)，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团(tuán)所组成，类(lèi)似这(zhè)样的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星(xīng)系的(de)气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体的(de)相互(hù)作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团大部(bù)分的质量将位于所(suǒ)有这些气体所在的中间区域(yù)。那么(me)我们通(tōng)过什么来验证它的质量(liàng)区(qū)域到(dào)底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中第(dì)一(yī)张全彩的高清照(zhào)片，在照片(piàn)中我们可以明显(xiǎn)地看到(dào)很多(duō)星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这(zhè)些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜(jìng)出了(le)什么问题(tí)，而是这样极(jí)遥(yáo)远(yuǎn)的(de)天体和我(wǒ)们(men)地球上(shàng)的观测者(zhě)之间。被(bèi)一个(gè)质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使身后更遥远星系(xì)的光都发生(shēng)了扭曲(qū)。这(zhè)个(gè)现(xiàn)象就(jiù)是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能(néng)是(shì)超大质(zhì)量的(de)黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人(rén)们对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它的大(dà)质量区域并不是(shì)在(zài)中间，而是(shì)在两侧(cè)。所以最好的解释(shì)方法就(jiù)是当星(xīng)团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的(de)质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质(zhì)则直接通过了这个区(qū)域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系团的引力透(tòu)镜(jìng)研究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最(zuì)好的理论证据(jù)。

除此之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可(kě)以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐(fú)射(shè)。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际(jì)上它们(men)之间的温差只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科学(xué)家们通过(guò)对前景(jǐng)背景分离后的二(èr)值图像进行连(lián)通域提取和标记(jì)之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形(xíng)看起来(lái)不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的(de)增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐射的测(cè)量值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系(xì)当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一(yī)个简单的理(lǐ)论框架(jià)，就(jiù)很好地(dì)解释了很(hěn)多(duō)不同的观(guān)测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒(lì)子，它们不参与(yǔ)任(rèn)何(hé)其他的(de)电磁作用，只通过引(yǐn)力(lì)来相互作用。所以如(rú)果能够找到这种粒(lì)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(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数十种的(de)假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也(yě)不(bù)相同。在过去的(de)几十(shí)年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物质(zhì)相互(hù)作用的(de)“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实(shí)验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除(chú)了一个地方，意大利(lì)的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地(dì)下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层(céng)楼高的(de)探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多(duō)年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗(àn)物(wù)质的第(dì)一(yī)个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕(rào)着银河系进行移动，那(nà)么如果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当中，这意(yì)味着我(wǒ)们(men)也在(zài)以这样的速(sù)度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的(de)振荡，同时地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的(de)时间(jiān)，地球围绕太阳(yáng)的(de)方向与太阳(yáng)环绕(rào)银(yín)河系的方向是一致(zhì)的，而另外半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地(dì)球与太(tài)阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到完(wán)全一(yī)致，这是理论(lùn)上地(dì)球穿越(yuè)暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了(le)最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太(tài)阳系(xì)相对(duì)银河(hé)系的平(píng)面呈现了60度的倾斜(xié)，但是(shì)这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测到的(de)周期性信号。当然(rán)也(yě)可能有(yǒu)其他的情况，造成(chéng)这种年(nián)度周(zhōu)期(qī)信(xìn)号的差(chà)异也(yě)可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也符(fú)合(hé)这个周期的(de)规(guī)律(lǜ)。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在(zài)南半球建立了(le)一个(gè)几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室，这里的季节(jié)与(yǔ)之前的(de)实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动特征和第一(yī)个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号(hào)，就(jiù)可以成为暗物质所(suǒ)存在(zài)的非常有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无法提(tí)供相应的数据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台新(xīn)的(de)望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜(jìng)其中一个(gè)关键的用途(tú)就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们(men)只能(néng)拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天(tiān)体(tǐ)物(wù)理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可(kě)能拥(yōng)有另一种神秘(mì)的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者说是生(shēng)命进化的一个重要因素(sù)。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)的暗(àn)物质(zhì)会(huì)不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在(zài)宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大(dà)前提(tí)是要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支(zhī)持是(shì)我更新的动力(lì)！

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