宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会存在科(kē)学无(wú)法解释的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家们(men)在过去的几(jǐ)十年当中进行了超过(guò)50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发现某些(xiē)天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合(hé)万有引力定律(lǜ)的时候(hòu)，他(tā)们就会知道(dào)，周围一定有未知的天体(tǐ)通过(guò)引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天(tiān)王(wáng)星运行轨道(dào)的异常，推算并且(qiě)发现了海(hǎi)王星的(de)存在。另(lìng)外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的(de)发现都(dōu)是应用万(wàn)有引力定律所取(qǔ)得重大天文(wén)成(chéng)就(jiù)的例子。但是这些发现都是(shì)在(zài)恒(héng)星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事情就开(kāi)始(shǐ)变得(dé)诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在(zài)研究和测量后发星(xīng)系团(tuán)的质量。这是一个由数千(qiān)个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量(liàng)星系团的质(zhì)量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)结果一(yī)致，就可(kě)以确定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一(yī)种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要(yào)的数据(jù)是测量各个星系的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的各个(gè)星(xīng)系相对(duì)于星系团(tuán)的运(yùn)动速度(dù)。当测量(liàng)结果出来之后，兹(zī)威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的(de)过程中，兹威基发(fā)现星系(xì)团中很(hěn)多星系(xì)的(de)速(sù)度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠(kào)这(zhè)些可见星(xīng)系的质量所(suǒ)产(chǎn)生的引力是无法将(jiāng)它(tā)们束缚在星(xīng)系团内的(de)，它们早就(jiù)应该被抛(pāo)出星系团之(zhī)外(wài)了，除(chú)非有(yǒu)一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来(lái)源于(yú)某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的(de)暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是它们却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只是当时的(de)人(rén)们对这样(yàng)的(de)一(yī)种说(shuō)法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这(zhè)个词才再一次出(chū)现(xiàn)。天文学(xué)家维拉(lā)鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的(de)恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心(xīn)越远的恒(héng)星在其轨道上的运(yùn)行速度就(jiù)会越慢。但是(shì)他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可(kě)思(sī)议。

随着与中心距(jù)离(lí)的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定(dìng)律，在(zài)星系当中如果没(méi)有足(zú)够大(dà)的质量来吸(xī)引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这(zhè)种现(xiàn)象，科(kē)学家(jiā)们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标准的(de)方法来解(jiě)释暗物(wù)质的存(cún)在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测(cè)量星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的(de)旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科(kē)学(xué)家们通过射电望远镜测量(liàng)了距(jù)离星(xīng)系(xì)中(zhōng)心(xīn)更远距离的(de)氢(qīng)元素，发现它们(men)的(de)旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学(xué)定(dìng)律。我们的太阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离(lí)银(yín)河系中心2.6万光年(nián)，根据万(wàn)有引力定(dìng)律进行计(jì)算，太阳系的(de)运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速(sù)度远远(yuǎn)大于(yú)理论速度(dù)，那么产生以上这种向心加速度的(de)原因很可能就是存在着一种我们(men)看(kàn)不(bù)到(dào)的物质，是(shì)这些暗物质的(de)引(yǐn)力(lì)效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗物质的(de)存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质(zhì)量占整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应(yīng)的(de)遥(yáo)远恒(héng)星(xīng)之间，也(yě)会(huì)出现速度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距(jù)离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系不多，但(dàn)是(shì)星系当中存在的(de)恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论(lùn)上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离(lí)析。但是科(kē)学家们使用最先(xiān)进的(de)望远镜(jìng)对(duì)其(qí)进行(xíng)了40个(gè)小时的详(xiáng)细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动(dòng)是(shì)可以用正常(cháng)的物质和力(lì)学(xué)定律来解(jiě)释(shì)的。那么又有人(rén)提出，也许该星系(xì)的暗物(wù)质，已经(jīng)被附近的另一个(gè)大星系剥离(lí)了。奇怪的(de)是，它的附近(jìn)没有任何(hé)星系存在。造成(chéng)这些现象的(de)除了暗(àn)物(wù)质的假说之外(wài)，另一种可能(néng)就是人类对引力的理解还不够全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度(dù)中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上升到(dào)星系和(hé)星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部(bù)场效(xiào)应(yīng)的概(gài)念，指的是(shì)在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这(zhè)意味着(zhe)我(wǒ)们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物(wù)质假说(shuō)理(lǐ)论就(jiù)此(cǐ)终结(jié)。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存(cún)在的其他(tā)的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团(tuán)，它们(men)大部分(fēn)的(de)普通质量都在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会(huì)导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系团大(dà)部(bù)分(fēn)的(de)质量(liàng)将位于所有这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们通过(guò)什么来验证它的质量区域到(dào)底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中(zhōng)我(wǒ)们可(kě)以(yǐ)明显地看到很多星系(xì)似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的(de)形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真(zhēn)的(de)被(bèi)扭(niǔ)曲(qū)了，也不(bù)是韦伯(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥(yáo)远的天体和我们(men)地(dì)球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的(de)光都发生了(le)扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星(xīng)系团(tuán)观测的时候(hòu)，发现它的大(dà)质量区域(yù)并不是在中间，而(ér)是在(zài)两(liǎng)侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到(dào)的质量(liàng)气体被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并(bìng)在两边形(xíng)成了(le)引力透(tòu)镜。对子弹星系(xì)团的引力(lì)透镜研究也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光在宇宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它(tā)们之间(jiān)的温差只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家(jiā)们通过对前景(jǐng)背景分离(lí)后(hòu)的二值图像(xiàng)进行连(lián)通域提取和(hé)标(biāo)记之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物(wù)质(zhì)，图形看起来不(bù)应(yīng)该是这样的，而随(suí)着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的(de)幅(fú)度会减小，才变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐(fú)射(shè)的测(cè)量值，我们需要的(de)暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是(shì)一致的。这就意(yì)味着。

用(yòng)了一个(gè)简单的理论框架(jià)，就很(hěn)好地(dì)解释(shì)了(le)很(hěn)多(duō)不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本(běn)质(zhì)就是(shì)宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某种(zhǒng)类型(xíng)的(de)粒子，它们不参与任何其(qí)他(tā)的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果(guǒ)能(néng)够(gòu)找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒(lì)子到(dào)底是什么(me)？科学(xué)家(jiā)们(men)已(yǐ)经提(tí)出了(le)数十(shí)种的(de)假想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的实验(yàn)方式(shì)也(yě)不(bù)相同。在(zài)过去的(de)几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科(kē)学(xué)家们已经进行了超过50次的实(shí)验(yàn)，却没有任何(hé)实质性的(de)发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨(sà)索山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了(le)20多(duō)年的(de)数据收集，人们发现(xiàn)了一(yī)个有趣(qù)的事情。探测率会在(zài)每(měi)年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最(zuì)低，而(ér)且在(zài)20年当(dāng)中每年都是一(yī)样(yàng)。一(yī)些科学家认(rèn)为这可(kě)能是人类(lèi)发现暗物质的(de)第一(yī)个(gè)直接(jiē)证据。

但是为(wèi)什么暗物质会(huì)产生周期性为什么懂手机的人都不用华为的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们讲了太(tài)阳(yáng)系正在以(yǐ)220公(gōng)里(lǐ)/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过程(chéng)中会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一致的，而另外半年(nián)则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全(quán)一致，这是理论(lùn)上地球(qiú)穿越(yuè)暗物质(zhì)流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可(kě)以用来解释，研究人员(yuán为什么懂手机的人都不用华为)们所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高(gāo)山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游(yóu)客的(de)数量也(yě)符合(hé)这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的(de)实(shí)验室，这里的季(jì)节与之前的(de)实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第一个实验室是(shì)一样的(de)。

因(yīn)此，如(rú)果在这里可以得到相同的信号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物质所存在(zài)的非常有力的(de)证(zhèng)据了。但是由于这个实(shí)验室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所以截至(zhì)目(mù)前还(hái)无(wú)法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台(tái)太空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器(qì)提(tí)供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个(gè)关键的用途(tú)就是探(tàn)索(suǒ)暗物(wù)质(zhì)背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待(dài)了。费米(mǐ)实验室粒子(zi)天体物理中心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如(rú)果暗物质存在(zài)，它(tā)们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的(de)诞生，或者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到进一步(bù)的(de)证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物(wù)质会(huì)不会(huì)意味着人类并不孤单呢(ne)？或(huò)许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这些推论的(de)大前提(tí)是要先(xiān)找到暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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