宇宙是“人为制造”的(de)？为(wèi)何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在的证据(jù)，科学(xué)家们在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除了一个(gè)9的算术平方根是3还是正负3，根号9的算术平方根是多少地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中(zhōng)天(tiān)体运动(dòng)的规律。往后的(de)几百年来(lái)，当天文学(xué)家(jiā)们发现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常，不符(fú)合万有(yǒu)引力定律的时(shí)候，他(tā)们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天(tiān)体通(tōng)过引力在(zài)摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星(xīng)运(yùn)行(xíng)轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海王星的(de)存在(zài)。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是(shì)在恒星(xīng)系统的(de)尺度当中，可(kě)当(dāng)我(wǒ)们上升到星系或者是(shì)星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究(jiū)和测(cè)量(liàng)后发星系团(tuán)的(de)质量(liàng)。这是(shì)一(yī)个由数千(qiān)个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以(yǐ)确定(dìng)其质量的(de)范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的(de)数(shù)据(jù)是测量各个星系(xì)的光(guāng)度。

第(dì)二种是动(dòng)力学质(zhì)量的计算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移测(cè)量星(xīng)系团中(zhōng)的(de)各(gè)个星系相对于星(xīng)系团的运动速(sù)度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然(rán)是(shì)“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不以可(kě)见光的(de)形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异(yì)的是，在测量速(sù)度(dù)的过(guò)程(chéng)中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系(xì)团中很多星系(xì)的速度比理论上要(yào)快得(dé)多，按照牛(niú)顿的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠(kào)这些(xiē)可(kě)见(jiàn)星系的(de)质量所产生的引力是无法将它们束缚(fù)在星系团(tuán)内的，它(tā)们早就(jiù)应该(gāi)被(bèi)抛(pāo)出(chū)星系团之外(wài)了，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘(mì)的力量在(zài)起作用，这(zhè)种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可(kě)见的(de)暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大部分的(de)质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在观(guān)测仙(xiān)女座星系中的(de)恒星运动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离(lí)中心(xīn)越远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨道上的运(yùn)行(xíng)速度就会越(yuè)慢。但(dàn)是他(tā)们(men)观测(cè)的结果却让人感到不(bù)可思议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的(de)增(zēng)加，恒(héng)星的旋(xuán)转速度几乎保持不(bù)变(biàn)。可(kě)是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中如(rú)果(guǒ)没有足够大(dà)的质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心(xīn)的距离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气(qì)体的旋(xuán)转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望(wàng)远镜测量(liàng)了距离(lí)星系(xì)中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们(men)的旋(xuán)转速度(dù)并不符合牛(niú)顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我们(men)的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于(yú)银河(hé)系的(de)第(dì)三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定(dìng)律进(jìn)行(xíng)计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速度应该(gāi)是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大(dà)于(yú)理论(lùn)速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的原因很(hěn)可能就是存(cún)在着一(yī)种(zhǒng)我们看不到的物(wù)质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚(jù)集(jí)在了一(yī)起。

也是从这时(shí)开始，越(yuè)来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质(zhì)的存在。科(kē)学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗(àn)物质的质(zhì)量占整个星(xīng)系(xì)质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一(yī)可(kě)以解释这个(gè)现象(xiàng)的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的(de)研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应的(de)遥(yáo)远恒星之间，也会(huì)出(chū)现速度上的(de)微(wēi)小差异(yì)。另(lìng)外，天文学家(jiā)还(hái)发现(xiàn)了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星(xīng)系当中存(cún)在的恒星数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但(dàn)是科学家们使用最(zuì)先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个(gè)小时的(de)详细测(cè)量(liàng)之(zhī)后，发现星(xīng)系中的恒(héng)星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一(yī)个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它(tā)的附近没(méi)有任何(hé)星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一种可能就是人类对(duì)引力的理解(jiě)还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺(chǐ)度(dù)空间中的工(gōng)作方式是不同(tóng)的，这意味着(zhe)在行(xíng)星系尺(chǐ)度中的天体会沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升(shēng)到星(xīng)系和星(xīng)团的尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不(bù)同(tóng)的方式。对(duì)于在星系团之间的(de)相互作(zuò)用(yòng)，科学家还(hái)引入了外部场效应的(de)概念，指的是在数(shù)百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这意(yì)味着我们需要对现在的(de)物理定律(lǜ)进(jìn)行修正，这些发现也(yě)让很多人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物质(zhì)存在的其他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论(lùn)所没法解释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所(suǒ)组成，类似这样的星团(tuán)，它们大(dà)部分(fēn)的普通质(zhì)量都在星系的(de)气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气(qì)体的相互作用(yòng)就会导致(zhì)温(wēn)度的急剧升高，速度大(dà)幅(fú)降低。所以在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么(me)我们通过什么(me)来验证(zhèng)它的质量(liàng)区域到底是不(bù)是(shì)集(jí)中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)传回了(le)宇宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明(míng)显地看到很(hěn)多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这(zhè)些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是(shì)韦(wéi)伯(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题，而是这样极(jí)遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们地球上的(de)观测者(zhě)之(zhī)间。被一个质量超级(jí)巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质量的东(dōng)西(xī)的(de)引力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星系的(de)光都发(fā)生(shēng)了扭曲(qū)。这个现象就是(shì)引力(lì)透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的天(tiān)体可能(néng)是超(chāo)大质(zhì)量的(de)黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对子弹星系团观测的(de)时(shí)候，发现它的大质量区(qū)域(yù)并(bìng)不是(shì)在(zài)中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就(jiù)是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物(wù)质则直接通(tōng)过了这个区域，并在(zài)两边形成了引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认(rèn)为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最(zuì)好的理论证(zhèng)据(jù)。

除(chú)此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万(wàn)年(nián)之后，可见光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域(yù)，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后的(de)二值(zhí)图像进(jìn)行连通(tōng)域提取和标记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不应该(gāi)是这样(yàng)的，而随着(zhe)暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射(shè)的测量(liàng)值，我(wǒ)们(men)需要的(de)暗物质大约(yuē)是普通物(wù)质的5倍。这个(gè)数(shù)字与解(jiě)释星系当(dāng)中(zhōng)恒星(xīng)运动所(suǒ)需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单的9的算术平方根是3还是正负3，根号9的算术平方根是多少理论框架，就(jiù)很好地解释了很多(duō)不(bù)同的观测结(jié)果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它们不参(cān)与任(rèn)何其他的电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过引力来相互作(zuò)用(yòng)。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找到这种(zhǒng)粒(lì)子的存在，就相(xiāng)当(dāng)于(yú)找到了暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的实际证(zhèng)据(jù)。这种粒(lì)子(zi)到底是什(shén)么？科学家(jiā)们已经(jīng)提出了数十(shí)种的(de)假(jiǎ)想目标(biāo)，而要(yào)寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学(xué)家们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的(de)发现，除了一个地方(fāng)，意(yì)大(dà)利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最(zuì)大(dà)的地学实验室，这个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层(céng)楼高的探测器(qì)，一直致力(lì)于寻找暗物质粒(lì)子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的科(kē)学(xué)家声称观(guān)测到了(le)某种信号。经(jīng)过(guò)了20多(duō)年的(de)数(shù)据收集，人们发现(xiàn)了一(yī)个有趣的事情。探测(cè)率(lǜ)会在每年(nián)的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这(zhè)可(kě)能是(shì)人类发(fā)现暗物(wù)质(zhì)的(de)第一个直(zhí)接证据(jù)。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正(zhèng)在(zài)以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕着(zhe)银(yín)河系进(jìn)行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存在(zài)宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我们(men)也在以这样的(de)速度在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个(gè)过程中(zhōng)会(huì)产生(shēng)相应的振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年(nián)的(de)时间(jiān)，地(dì)球围绕太阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外(wài)半年(nián)则与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月(yuè)份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的(de)时(shí)段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河(hé)系(xì)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(xiào)性。

因此(cǐ)科(kē)学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号(hào)。当然也可能有其(qí)他的情况，造成(chéng)这(zhè)种(zhǒng)年(nián)度周(zhōu)期信号的(de)差异也可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至(zhì)连意(yì)大利游客的数量也符(fú)合这(zhè)个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的(de)季节(jié)与之(zhī)前(qián)的(de)实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同(tóng)的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常有力的证据了。但(dàn)是由于这个(gè)实(shí)验室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜(jìng)其(qí)中一个关键的用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了(le)。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有(yǒu)另一(yī)种神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗(àn)物质效应，会支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命的(de)诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命(mìng)进化的一(yī)个重要因素。

如(rú)果(guǒ)这一理论得(dé)到进一步的(de)证实，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的(de)暗(àn)物(wù)质(zhì)会不会意味着(zhe)人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗物质正在(zài)通(tōng)过这样(yàng)的效应(yīng)创造生(shēng)命。当(dāng)然(rán)，这些推论(lùn)的大前(qián)提是要先(xiān)找到暗物质存在的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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