宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为(wèi)何会(huì)存在科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据(jù)，科学家们在(zài)过去的几十年当中进行了(le)超过(guò)50次的(de)长期实(shí)验，但(dàn)是却没有发(fā)现任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一个(gè)地方(fāng)，在1687年(nián)出版的自然(rán)哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规(guī)律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当天(tiān)文(wén)学(xué)家们(men)发(fā)现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们(men)就会知道(dào)，周(zhōu)围一定有未知的天(tiān)体通过(guò)引力在摄(shè)动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天(tiān)王(wáng)星运行(xíng)轨道的异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的发现(xiàn)都(dōu)是(shì)应用万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律所取得重大天文成就的例子(zi)。但(dàn)是这些发现都(dōu)是(shì)在(zài)恒(héng)星(xīng)系(xì)统的尺度(dù)当中，可(kě)当我们(men)上升(shēng)到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后(hòu)发星系团的(de)质(zhì)量。这是一个由数千(qiān)个星系(xì)所(suǒ)组成(chéng)的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量一般会使用到(dào)两种方法，当两种方法结果一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的(de)数据(jù)是测量各个星系的光(guāng)度。

第二(èr)种是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团(tuán)中(zhōng)的各(gè)个星(xīng)系相对于星(xīng)系(xì)团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或(huò)者说(shuō)这(zhè)99%的(de)质量并不(bù)以可见(jiàn)光的形式所存在(zài)，我(wǒ)们(men)无法看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹(zī)威基发(fā)现(xiàn)星(xīng)系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系的质量所产生的引力是(shì)无(wú)法将它们束缚(fù)在星系团内(nèi)的，它们(men)早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的(de)物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出(chū)了这样部分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发(fā)散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再一(yī)次出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座(zuò)星系中的恒星(xīng)运动。理论上(shàng)来(lái)说，距离(lí)中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到不可思(sī)议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度(dù)几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定律，在(zài)星系当中如果没(méi)有足够(gòu)大的质量来(lái)吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种相(xiāng)对(duì)标(biāo)准的(de)方(fāng)法来解(jiě)释(shì)暗物质(zhì)的(de)存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的(de)旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于(yú)是(shì)科(kē)学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢元(yuán)素，发(fā)现它们的(de)旋转速度(dù)并不符合牛(niú)顿(dùn)的力(lì)学定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的(de)第(dì)三悬(xuán)臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但(dàn)实际(jì)上(shàng)，太(tài)阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加速度(dù)的(de)原因很可能就是(shì)存在着一种我们看不到的(de)物质(zhì)，是这些暗物质的(de)引力效应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星(xīng)系当中暗(àn)物(wù)质(zhì)的(de)质量占整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个(gè)现(xiàn)象的(de)原(yuán)因(yīn)。在一(yī)项新的(de)研究(jiū)当中，科(kē)学家们发(fā)现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速(sù)度(dù)上的(de)微小差异。另外，天(tiān)文(wén)学家(jiā)还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该(gāi)星系必须存(cún)在暗物质，否则(zé)就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常的物质和(hé)力(lì)学定律(lǜ)来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近(jìn)的另一(yī)个大星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近(jìn)没有(yǒu)任何星(xīng)系存在。造成这些现象的除了暗(àn)物(wù)质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可能(néng)就是人类对(duì)引(yǐn)力(lì)的(de)理解(jiě)还不够(gòu)全面，引力(lì)很可能(néng)在不同尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作方(fāng)式是(shì)不同(tóng)的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的(de)天(tiān)体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所理解的方式运(yùn)动(dòng)。但是(shì)上(shàng)升到(dào)星系和星团的(de)尺度，引力(lì)之间的相互(hù)作(zuò)用则是不同的方式。对于(yú)在星系团(tuán)之(zhī)间的(de)相互作用，科(kē)学家还引入了(le)外部场效应的概念(niàn)，指的(de)是在数百(bǎi)万(wàn)光年的规(guī)模上，巨(jù)大(dà)的(de)质量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需(xū)要(yào)对(duì)现在的物理(lǐ)定(dìng)律进(jìn)行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结(jié)。但是在(zài)宇宙当(dāng)中还有关于暗(àn)物质存(cún)在的其他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系团，由两个(gè)碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时候，星际(jì)气体(tǐ)的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系(xì)团(tuán)大部分的(de)质量将位(wèi)于所有这些气体所在(zài)的中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它的质量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地(dì)看到很(hěn)多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的形变。其(qí)实(shí)这些(xiē)星系本身并不是真(zhēn)的(de)被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什么问题，而是(shì)这样(yàng)极遥远的(de)天体和我(wǒ)们(men)地球上的观(guān)测者之间。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大的天体遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量的东西(xī)的引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大(dà)的(de)天体可能是超(chāo)大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物(wù)质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不(bù)是(shì)在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以最(zuì)好(hǎo)的解(jiě)释方法就是当星团发生(shēng)全(quán)部的碰(pèng)撞时(shí)，可(kě)被观测到(dào)的质量(liàng)气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这个(gè)区域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的(de)引力(lì)透镜研究也(yě)被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好(hǎo)的(de)理论证(zhèng)据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地(dì)穿(chuān)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(kōng)间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分(fēn)表示温度较(jiào)高的区域，蓝(lán)色则表示相对(duì)较(jiào)冷的区域(yù)，但实际上(shàng)它(tā)们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有万(wàn)分之一。

科学家们通(tōng)过(guò)对前景背景(jǐng)分离后的(de)二值(zhí)图(tú)像(xiàng)进行连通域提取和标(biāo)记之后发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗(àn)物质(zhì)，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值(zhí)的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波(bō)背(bèi)景辐射的测量值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗物(wù)质大(dà)约是普通物(wù)质的5倍。这个(gè)数字与解释星系(xì)当中恒星运(yùn)动所需要(yào)的暗物质比例是一(yī)致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解(jiě)释了很多不同的观测结果。而暗物质的(de)本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某种类型的粒(lì)子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其(qí)他的(de)电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以(yǐ)如果能(néng)够找到(dào)这(zhè)种(zhǒng)粒子的(de)存(cún)在，就相当于(yú)找到了(le)暗物质(zhì)存在(zài)的实际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科学(xué)家们已(yǐ)经提(tí)出(chū)了数十(shí)种的假想目(mù)标(biāo)，而要寻找这(zhè)些不(bù)同的目标粒子所(suǒ)需要(yào)的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与(yǔ)常规物(wù)质相互作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大(dà)利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大(dà)的地(dì)学实验室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(céng)楼高的(de)探测(cè)器，一直致力于寻(xún)找暗物(wù)质(zhì)粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到(dào)了(le)某种信号。经过了20多年的(de)数据收(shōu)集，人们(men)发(fā)现了(le)一个(gè)有趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在(zài)20年当中每年都是(shì)一样。一些(xiē)科(kē)学家认(rèn)为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期(qī)性的年(nián)度信号呢？刚才我们(men)讲了(le)太(tài)阳系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个(gè)过(guò)程(chéng)中会(huì)产生(shēng)相(xiāng)应(yīng)的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳(yáng)进行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而(ér)另外半年(nián)则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的(de)方(fāng)向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的(de)情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响(xiǎng)这个(gè)理(lǐ)论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解释(shì)，研(yán)究人员们(men)所观测到(dào)的周期性信号(hào)。当然也可能有其他的(de)高中学费一年大概多少钱，高中学费一个学期多少钱情况，造成这种年度周期信号的差(chà)异(yì)也可能是温度(dù)、湿(shī)度、土壤中的(de)水分、高(gāo)山上(shàng)的(de)积(jī)雪，甚至连意大(dà)利游客(kè)的数量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南(nán)半球(qiú)建立了一(yī)个几乎相同(tóng)的(de)实验室(shì)，这里的(de)季(jì)节(jié)与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物(wù)质流的运动(dòng)特征和第一个(gè)实(shí)验室是一(yī)样的。

因此，如果在(zài)这里(lǐ)可以得到相同高中学费一年大概多少钱，高中学费一个学期多少钱的(de)信(xìn)号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个(gè)实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测(cè)的结果，我们只能拭(shì)目(mù)以(yǐ)待了(le)。费米(mǐ)实(shí)验(yàn)室粒(lì)子天体物理中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存(cún)在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘(mì)的效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重(zhòng)要(yào)因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的(de)证(zhèng)实，那么(me)遍布(bù)宇宙当(dāng)中(zhōng)的(de)暗物质会(huì)不会意味着人(rén)类(lèi)并(bìng)不(bù)孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的(de)行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先找到暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存(cún)不(bù)存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的(de)支持是我更新的动力！

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