宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟是什么(me)？人类为了(le)寻找暗物(wù)质存在的(de)证据，科学家们在过去的几十年(nián)当中进行了超(chāo)过50次(cì)的长期(qī)实验(yàn)，但是却没有发(fā)现(xià很久没做了是不是会时间变短，为什么好久不做时间会变短n)任何的(de)有(yǒu)效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天(tiān)文学家们(men)发现某些天体运行(xíng)轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会(huì)知道(dào)，周围一定有未(wèi)知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥(ào)本(běn)勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算并(bìng)且发现了(le)海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文成(chéng)就(jiù)的(de)例子(zi)。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我(wǒ)们上升到星(xīng)系(xì)或者是星团的(de)尺度(dù)，事情就开(kāi)始变(biàn)得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹(zī)威基(jī)正(zhèng)在研究和测量后(hòu)发星(xīng)系(xì)团的质量(liàng)。这是一个由数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引(yǐn)力束(shù)缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使(shǐ)用到两(liǎng)种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量(liàng)的范围。

第一种是(shì)获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系(xì)的光度。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是利用(yòng)光谱红(hóng)移(yí)测量(liàng)星系团中的(de)各个(gè)星系相(xiāng)对于星(xīng)系团的(de)运(yùn)动速度。当测量结果(guǒ)出(chū)来之后(hòu)，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的(de)质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存在(zài)，我(wǒ)们无(wú)法看到。最(zuì)诡异的(de)是，在测量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹(zī)威(wēi)基(jī)发现(xiàn)星系团中很多(duō)星系的速(sù)度比(bǐ)理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可(kě)见星(xīng)系的质量(liàng)所产生的引力(lì)是无法将它(tā)们(men)束(shù)缚(fù)在(zài)星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系(xì)团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了这(zhè)样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光(guāng)、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们(men)却(què)占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人们(men)对这样(yàng)的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙(xiān)女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是(shì)他们(men)观测的结果(guǒ)却让人感到不可(kě)思议。

随着与中心距(jù)离(lí)的增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在(zài)星系当中如果没有足够大的质(zhì)量来吸(xī)引它(tā)们(men)，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学(xué)家们会使用一种相对标(biāo)准的方(fāng)法(fǎ)来(lái)解释暗(àn)物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量星系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们(men)的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力(lì)学(xué)定律。我们(men)的太阳系也不(bù)例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离(lí)银(yín)河系中很久没做了是不是会时间变短，为什么好久不做时间会变短心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力定(dìng)律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实(shí)际速度远远大于(yú)理(lǐ)论速度(dù)，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度的原(yuán)因很(hěn)可能就(jiù)是存在着(zhe)一种我们看不到的(de)物(wù)质，是这些(xiē)暗物质的(de)引力(lì)效应(yīng)将星系聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的(de)研究(jiū)人员开始相信暗物质(zhì)的(de)存(cún)在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道(dào)的速(sù)度，估算在星(xīng)系当中暗(àn)物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不(bù)是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因(yīn)。在(zài)一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速(sù)度(dù)上的微小差异(yì)。另外，天文学家(jiā)还发(fā)现了一个反(fǎn)常(cháng)的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系(xì)的千分之一(yī)。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但(dàn)是科学家们(men)使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细测(cè)量之后，发现星(xīng)系中的恒(héng)星(xīng)运动(dòng)是可以用正常(cháng)的物(wù)质和力(lì)学(xué)定律(lǜ)来解释的(de)。那(nà)么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星系的(de)暗物(wù)质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附(fù)近没有任何(hé)星系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质(zhì)的(de)假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人类对引力的理解还不够全(quán)面，引力很可(kě)能在(zài)不同尺度空间中的(de)工作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺度(dù)中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解(jiě)的(de)方式运动(dòng)。但是上升到星系(xì)和星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互作(zuò)用则(zé)是不同的方式。对于在(zài)星(xīng)系(xì)团之间(jiān)的相(xiāng)互作用，科学家还(hái)引入了外部场效(xiào)应(yīng)的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的(de)规模上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的(de)物理定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些(xiē)发现也(yě)让很多(duō)人认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关于(yú)暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的其他(tā)的理论证据(jù)，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的星(xīng)系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大(dà)部(bù)分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际气体的相互作用就(jiù)会导致温度(dù)的急剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量(liàng)将位于(yú)所有这些(xiē)气体所在的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通(tōng)过什么来验证(zhèng)它的质量区域(yù)到底(dǐ)是不是(shì)集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照片(piàn)中我们可以明(míng)显地看(kàn)到很多星(xīng)系(xì)似(shì)乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些(xiē)星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么问题，而是这(zhè)样(yàng)极遥远的天体和我们(men)地球上的观(guān)测者(zhě)之(zhī)间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量的东西(xī)的引(yǐn)力，会(huì)使身后(hòu)更遥远星系的光都发生(shēng)了(le)扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大(dà)质(zhì)量的黑(hēi)洞或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们(men)对子弹星系(xì)团(tuán)观测的时(shí)候，发现(xiàn)它(tā)的大质量区域并不是在中间，而是(shì)在两侧(cè)。所以最好的解(jiě)释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在(zài)了中间，暗(àn)物质则(zé)直接通过了这个区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究(jiū)也被认为是暗(àn)物质存(cún)在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通(tōng)无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了(le)130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间背景上留(liú)下(xià)了(le)各(gè)相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温度较(jiào)高的(de)区(qū)域，蓝色则(zé)表示(shì)相(xiāng)对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间的(de)温差只有万分(fēn)之(zhī)一(yī)。

科学家(jiā)们通过对前景(jǐng)背景分离后的二(èr)值(zhí)图(tú)像(xiàng)进行(xíng)连通域提取和标记(jì)之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没(méi)有暗(àn)物质，图形看(kàn)起来不(bù)应该(gāi)是这样的，而随(suí)着暗(àn)物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小，才变(biàn)得看(kàn)起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我们需(xū)要的(de)暗(àn)物(wù)质大约(yuē)是(shì)普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运动(dòng)所需要的暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好地(dì)解释(shì)了很多(duō)不(bù)同(tóng)的观测结(jié)果。而(ér)暗(àn)物(wù)质的本质就(jiù)是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒(lì)子，它们(men)不参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在(zài)的实(shí)际证据。这种粒子(zi)到底是(shì)什么？科(kē)学家们已经提(tí)出(chū)了数十(shí)种的假想目标，而(ér)要寻找这些(xiē)不同的目标(biāo)粒子(zi)所(suǒ)需要的实验方式也不相(xiāng)同。在(zài)过去的(de)几十年(nián)当中，人类为了(le)寻找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实(shí)质(zhì)性(xìng)的发(fā)现，除(chú)了一(yī)个地方，意大利的(de)格兰(lán)萨(sà)索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大(dà)的地学实(shí)验(yàn)室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层(céng)楼高的探测器，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗(àn)物质粒子的(de)周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信(xìn)号。经(jīng)过了20多(duō)年的数据收集，人们发现(xiàn)了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每(měi)年(nián)的6月份(fèn)达到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发现暗物质(zhì)的第(dì)一(yī)个直(zhí)接证据(jù)。

但是(shì)为(wèi)什(shén)么暗物质(zhì)会产生(shēng)周期(qī)性的(de)年(nián)度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着(zhe)银(yín)河系进行移(yí)动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物质存(cún)在(zài)宇宙当中，这意味(wèi)着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样的速(sù)度在穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这个(gè)过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的(de)方向是一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的(de)方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗(àn)物(wù)质流最快的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好达到(dào)了最慢(màn)值。尽管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳(yáng)系(xì)相(xiāng)对银河(hé)系的平面呈现了60度的(de)倾斜(xié)，但是这并不影响这个(gè)理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释，研(yán)究(jiū)人(rén)员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿(shī)度(dù)、土壤中的(de)水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意(yì)大(dà)利(lì)游客的数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立了一个几乎相同(tóng)的实(shí)验室，这里的季节与之前的实(shí)验室(shì)正好(hǎo)相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运(yùn)动(dòng)特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如(rú)果(guǒ)在(zài)这里可以(yǐ)得到(dào)相同的信(xìn)号，就可(kě)以成为暗物质所存在(zài)的非常有力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由于这个实验室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截至(zhì)目前还无法提(tí)供相应的数(shù)据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新(xīn)的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)，这台太(tài)空望远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器(qì)提供的视野是(shì)哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探索暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探测的(de)结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米(mǐ)实验室粒子(zi)天体物(wù)理中心的(de)科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在(zài)，它们极有可(kě)能(néng)拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生命的(de)诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命(mìng)进化的(de)一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质会(huì)不会意味着人类并不孤(gū)单(dān)呢(ne)？或许在宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先找到(dào)暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质(zhì)到(dào)底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更(gèng)新(xīn)的(de)动力！

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