宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人(rén)类(lèi)为了(le)寻找暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过去的几十(shí)年当中(zhōng)进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却(què)没有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发表(biǎo)了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规(guī)律。往后的(de)几百年来，当天文(wén)学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出(chū)现异常(cháng)，不符(fú)合万有引力定律的时候，他们就会(huì)知道(dào)，周围一定有未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道(dào)的异常，推(tuī)算并(bìng)且发现了海王(wáng)星的(de)存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得(dé)重大天文成就的例(lì)子。但是这些发现(xiàn)都是(shì)在(zài)恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我们上升到星系(xì)或(huò)者是星团(tuán)的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究和测量后(hòu)发星系(xì)团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系团(tuán)的(de)质量一(yī)般会使(shǐ)用到(dào)两种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围(wéi)。

第一(yī)种是(shì)获得(dé)其(qí)"光度学的质量"，需要(yào)的数据是(shì)测(cè)量各个星(xīng)系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质(zhì)量的计算(suàn)，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速(sù)度(dù)。当测量结果出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式(shì)所存在，我(wǒ)们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团中很多星(xīng)系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的(de)运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可(kě)见(jiàn)星系的(de)质量(liàng)所产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它们早(zǎo)就应该(gāi)被抛(pāo)出星(xīng)系团(tuán)之外了，除非(fēi)有一种神秘的力(lì)量(liàng)在(zài)起作用，这(zhè)种力(lì)量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样为什么管拜登叫拜振华？ 拜登是哪年出生(yàng)部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部分的(de)质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年(nián)之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测(cè)仙女座星系中的恒(héng)星运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的(de)运行速度就会(huì)越(yuè)慢。但是(shì)他们观测的结果(guǒ)却让人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有足够大(dà)的质量来(lái)吸引它们，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物(wù)质的存在，这种方(fāng)法就(jiù)是(shì)测量(liàng)星(xīng)系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距离(lí)星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异(yì)常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科学(xué)家们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距离星(xīng)系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河系(xì)的第(dì)三悬臂之上，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据万(wàn)有引力定律进(jìn)行计算，太(tài)阳(yáng)系的(de)运行速(sù)度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这(zhè)个(gè)实际速度远远大(dà)于理论(lùn)速度，那(nà)么产生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加(jiā)速度(dù)的(de)原因很(hěn)可能就是存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是(shì)这些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗(àn)物质的存(cún)在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物(wù)质的(de)质量占整(zhěng)个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释(shì)这个现象的原因。在一项新(xīn)的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间(jiān)，也(yě)会出现速度上(shàng)的(de)微(wēi)小差异。另外，天文(wén)学家还发现(xiàn)了一个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河(hé)系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数(shù)量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须(xū)存在暗(àn)物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先进(jìn)的望(wàng)远镜对其(qí)进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发(fā)现星系中的(de)恒星运动是可(kě)以用(yòng)正常(cháng)的(de)物质和力学定律来解释(为什么管拜登叫拜振华？ 拜登是哪年出生shì)的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附近没有(yǒu)任何星(xīng)系存在。造成(chéng)这些现象的除了(le)暗物质(zhì)的(de)假说之(zhī)外，另一种可能(néng)就是人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引力很(hěn)可能在不(bù)同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工作(zuò)方式是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按(àn)照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系(xì)和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间的(de)相(xiāng)互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的(de)是(shì)在数百万光(guāng)年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定(dìng)律进行修正，这些发现也(yě)让很多(duō)人认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的(de)其他(tā)的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光年的(de)子弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所(suǒ)组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部(bù)分的普通质量(liàng)都在星系的(de)气(qì)体当中。当(dāng)星(xīng)团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体的相(xiāng)互(hù)作用就(jiù)会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间(jiān)区(qū)域。那么我们通过什么(me)来验证它(tā)的质(zhì)量(liàng)区域到底是(shì)不是集中在中间(jiān)呢(ne)？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望(wàng)远镜传回(huí)了宇(yǔ)宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以明显地看到很多星(xīng)系(xì)似乎被拉(lā)伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些(xiē)星(xīng)系本身并不是(shì)真的(de)被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题，而是(shì)这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的(de)天(tiān)体遮挡，这个超大质量(liàng)的(de)东西的引力，会使身(shēn)后(hòu)更(gèng)遥(yáo)远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是(shì)超大(dà)质量(liàng)的(de)黑洞或者(zhě)是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的(de)大质(zhì)量区域并不是在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当(dāng)星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的(de)质量(liàng)气体被卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物质则直接通(tōng)过(guò)了(le)这个(gè)区域，并(bìng)在两边形(xíng)成(chéng)了引力透镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存(cún)在的迄(qì)今为止最好的(de)理论证据。

除此之外，还(hái)有来(lái)自宇宙当中最古(gǔ)老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下(xià)了(le)各(gè)相(xiāng)同性的(de)微(wēi)波辐(fú)射。其中红色的部(bù)分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的(de)区(qū)域，但(dàn)实际上它们之间的(de)温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们(men)通过对前景背景分(fēn)离后的(de)二值(zhí)图(tú)像进行(xíng)连通域(yù)提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗(àn)物质的增加，一(yī)些峰值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测(cè)量(liàng)值，我们需要的暗物质(zhì)大(dà)约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系(xì)当中恒星(xīng)运动所需要的暗(àn)物质(zhì)比例是一(yī)致的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了(le)一个简单的理论框架，就(jiù)很好(hǎo)地(dì)解释了很多不同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本(běn)质就是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子(zi)，它们不参(cān)与任何其他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种粒子的(de)存在(zài)，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学(xué)家们已(yǐ)经提出了数(shù)十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需要的实验(yàn)方(fāng)式(shì)也不相同。在(zài)过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实(shí)验，却没有(yǒu)任何实质性的(de)发(fā)现，除了一个地(dì)方，意(yì)大(dà)利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地(dì)下矿井当中，藏着(zhe)地(dì)球上最(zuì)大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)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(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的(de)科学家声称(chēng)观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年(nián)当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是(shì)人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质会产(chǎn)生(shēng)周期性(xìng)的年度信号(hào)呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么(me)如果暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着(zhe)我们(men)也在以(yǐ)这样(yàng)的速(sù)度在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度(dù)围绕(rào)太(tài)阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的(de)时间，地(dì)球围绕太阳的方向与(yǔ)太(tài)阳(yáng)环绕(rào)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(yuè)份的(de)时候，地球与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完全(quán)一致，这是(shì)理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达(dá)到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银(yín)河系的(de)平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此(cǐ)科(kē)学家认为(wèi)这可以用来解释(shì)，研究人员们(men)所(suǒ)观测(cè)到的周期性信号。当(dāng)然也(yě)可能(néng)有(yǒu)其他(tā)的情况，造(zào)成(chéng)这种年度(dù)周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也(yě)符合(hé)这个(gè)周期(qī)的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又在南半球建立了一(yī)个几乎相同的(de)实验室(shì)，这里的季(jì)节与之前的(de)实验室正(zhèng)好相反，而(ér)在这里，地(dì)球穿过暗(àn)物(wù)质(zhì)流的运动特征和第一个实(shí)验(yàn)室是一样的(de)。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据了(le)。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前(qián)还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视场(chǎng)仪器提供的视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜其(qí)中一个(gè)关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥(ào)秘，对于探测的(de)结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实(shí)验室(shì)粒(lì)子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在，它(tā)们(men)极(jí)有(yǒu)可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或(huò)者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论(lùn)得到(dào)进一步(bù)的证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在(zài)宇宙当(dāng)中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论(lùn)的大前提是要先找到暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。那(nà)么小伙伴(bàn)们(men)，你们觉(jué)得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新的动力！

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