宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类(lèi)为了(le)寻(xún)找暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期(qī)实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲学(xué)数学原理一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引力(lì)定律，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往后的几百年(nián)来，当天文学家们发(fā)现某些天体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有引(yǐn)力定律的时(shí)候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知的天体通(tōng)过引力在(zài)摄动它的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥(ào)本(běn)勒维耶就通(tōng)过天(tiān)王星运行轨道(dào)的异(yì)常，推算(suàn)并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星的发(fā)现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但(dàn)是这些(xiē)发现都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可(kě)当我们上升到(dào)星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗(fú)里茨兹威基正在研究和(hé)测量后(hòu)发(fā)星(xīng)系团的质(zhì)量。这是(shì)一个由数千(qiān)个星(xīng)系所组(zǔ)成(chéng)的巨大(dà)星系团，这些(xiē)星系被(bèi)引力(lì)束(shù)缚在一起(qǐ)。测量星系(xì)团(tuán)的(de)质(zhì)量一般(bān)会使(shǐ)用到两(liǎng)种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围(wéi)。

第一种是获(huò)得其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需要(yào)的数据(jù)是测(cè)量各个(gè)星系的光(guāng)度(dù)。

第(dì)二(èr)种是动力(lì)学质(zhì)量的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速度。当(dāng)测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们(men)无法(fǎ)看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的(de)过程中，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的速度比理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的(de)质量所产生的引力(lì)是(shì)无法(fǎ)将它(tā)们束缚在(zài)星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出(chū)星系团(tuán)之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的(de)力量在起作用(yòng)，这种力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不(bù)可见(jiàn)的暗(àn)质，它不发散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的人们对这(zhè)样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在(zài)观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会(huì)越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到(dào)不可(kě)思议。

随着与中心距离的(de)增(zēng)加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如(rú)果(guǒ)没(méi)有足够大的(de)质(zhì)量来吸引(yǐn)它(tā)们，这些(xiē)外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于(yú)这种现象，科(kē)学家们(men)会(huì)使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方法来解(jiě)释暗(àn)物(wù)质(zhì)的存在(zài)，这种方法就是测(cè)量星(xīng)系(xì)当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度。如果(guǒ)出(chū)现异常的结果，就认(rèn)为(wèi)是由暗物质的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于(yú)是科学家们(men)通(tōng)过射电(diàn)望(wàng)远镜测量(liàng)了距(jù)离星系中(zhōng)心更(gèng)远距(jù)离(lí)的氢元素，发现它们(men)的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度并不(bù)符合(hé)牛顿的力(lì)学定律。我们(men)的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速(sù)度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速(sù)度(dù)远远大于理(lǐ)论速(sù)度(dù)，那(nà)么(me)产生以上这种向心加速(sù)度的(de)原(yuán)因很(hěn)可能就是存(cún)在着一种(zhǒng)我们(men)看不到的(de)物质，是这些(xiē)暗物质(zhì)的引(yǐn)力效应将星系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相信暗物质的(de)存在。科学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度(dù)，估算在星(xīng)系当中暗物质(zhì)的质(zhì)量占整个(gè)星(xīng)系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物(wù)质并不是(shì)唯一可以解释这个(gè)现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的(de)遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现速度上的(de)微小差(chà)异。另(lìng)外，天文学家(jiā)还发(fā)现了一个反(fǎn)常的(de)星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中(zhōng)存在的(de)恒星数量却只有银河(hé)系的千分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论(lùn)上，该星系必(bì)须存在(zài)暗物(wù)质，否(fǒu)则(zé)就会分崩(bēng)离析。但是科学家(jiā)们使用(yòng)最先进的(de)望远镜对(duì)其(qí)进行了(le)40个小(xiǎo)时的(de)详(xiáng)细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒(héng)星运动是可以用正常(cháng)的物质(zhì)和力学定律来解释的(de)。那么又(yòu)有人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何(hé)星系(xì)存在(zài)。造成这些现(xiàn)象的(de)除了暗物质(zhì)的假说之外(wài)，另(lìng)一种可能就是人类(lèi)对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间的相互作用(yòng)则(zé)是不同(tóng)的方式。对(duì)于在(zài)星系(xì)团之间的(de)相(xiāng)互作用，科(kē)学家还引入(rù)了外部场效应的概念(niàn)，指的(de)是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对(duì)现在的(de)物理(lǐ)定律进(jìn)行修正，这(zhè)些发现也让很多人(rén)认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物(wù)质存(cún)在的其他(tā)的(de)理论证据，这些理论证据是(shì)蒙(méng)德(dé)理论所(suǒ)没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系(xì)的气(qì)体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星(xīng)际气体的相互作(zuò)用就(jiù)会导(dǎo)致温度(dù)的急剧升高(gāo)，速度(dù)大(dà)幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系团(tuán)大部分(fēn)的质量将(jiāng)位于所有这(zhè)些气体所在的(de)中间区域。那么(me)我们(men)通过什么(me)来验证它(tā)的质量(liàng)区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中(zhōng)第一张全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地(dì)看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些星(xīng)系(xì)本(běn)身(shēn)并不是真的被扭曲了(le)，也(yě)不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量(liàng)的东西的引(yǐn)力(lì)，会(huì)使身(shēn)后(hòu)更遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发(fā)现它的大质量区(qū)域并不(bù)是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法就是(shì)当星团(tuán)发生(shēng)全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通过(guò)了这个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对(duì)子弹星系团的(de)引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质存(cún)在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年(nián)之后(hòu)，可见光终于(yú)可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各(gè)相同性的(de)微波(bō)辐射。其(qí)中(zhōng)红色的部分表示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较(jiào)冷(lěng)的(de)区(qū)域，但(dàn)实(shí)际上(shàng)它们(men)之间的(de)温差只有万(wàn)分之(zhī)一(yī)。

科学(xué)家们通过对前景背景分(fēn)离(lí)后的二值图像进(jìn)行(xíng)连(lián)通域提取(qǔ)和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗(àn)物质的(de)增加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅度会(huì)减小，才变(biàn)得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射(shè)的测量值，我们(men)需要的暗物质(zhì)大(dà)约是普通物(wù)质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物(wù)质(zhì)比(bǐ)例是一致的。这(zhè)就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很好地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而(ér)暗物(wù)质的本(běn)质就是宇(yǔ)宙当中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类(lèi)型的(de)粒子，它们不参与任何(hé)其他(tā)的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如(rú)果能(néng)够(gòu)找到这种粒(lì)子的存在，就相当于(yú)找到了暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想目(mù)标(biāo)，而要(yào)寻找这些不(bù)同的(de)目标粒(lì)子所需要(yào)的实验方式也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类(lèi)为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却(què)没有任何实(shí)质(zhì)性的发现，除了一个地方，意(yì)大(dà)利的格(gé)兰(lán)萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最(zu加滕鹰是谁 加滕鹰是哪国ì)大的地学实验室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层楼高(gāo)的(de)探测(cè)器(qì)，一(yī)直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学(xué)家声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多(duō)年的数(shù)据收集，人(rén)们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探(tàn)测率会(huì)在(zài)每(měi)年的6月份达(dá)到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家认为这可(kě)能(néng)是(shì)人类发现暗(àn)物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕着银(yín)河系(xì)进行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以(yǐ)这样的(de)速(sù)度(dù)在穿(chuān)越着暗物质流(liú)，这个过(guò)程中会产生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年(nián)的时间，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的(de)方(fāng)向与太阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而另外(wài)半年(nián)则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太(tài)阳(yáng)的方向正(zhèng)好达(dá)到(dào)完全一致(zhì)，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段(duàn)。而在(zài)11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认(rèn)为这(zhè)可以用来解(jiě)释，研究人员(yuán)们所观测到的(de)周期(qī)性信号。当然(rán)也可能(néng)有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成(chéng)这种年度周(zhōu)期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至(zhì)连意(yì)大利游客的(de)数(shù)量(liàng)也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又在(zài)南半(bàn)球(qiú)建立了(le)一个几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这(zhè)里的季节与之(zhī)前的实(shí)验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运(yùn)动特征(zhēng)和第一个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同的信号，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截(jié)至目前还无法提供相应的(de)数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望远镜其(qí)中一(yī)个(gè)关键的用途(tú)就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘(mì)，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子(zi)天体物理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在(zài)，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者(zhě)说是(shì)生命进化的一个重(zhòng)要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实(shí)，那么遍(biàn)布(bù)宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不会意味(wèi)着人(rén)类并不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某个(gè)角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过这(zhè)样的效应(yīng)创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到(dào)暗物质存(cún)在的实际证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物质到(dào)底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我(wǒ)更新的(de)动(dòng)力！

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