宇宙是“人(rén)为制造”的？为何(hé)会存在科(kē)学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是(shì)什么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科(kē)学家(jiā)们在过(guò)去(qù)的几十年当(dāng)中进行了(le)超(chāo)过50次的长期实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发(fā)现(xiàn)任何的有效证据。除(chú)了一个(gè)地方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然哲学(xué)数学原理一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当(dāng)天(tiān)文学家(jiā)们发现(xiàn)某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合(hé)万(wàn)有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过(guò)引力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发(fā)现都是应用万有(yǒu)引力定律所取得重(zhòng)大天文(wén)成(chéng)就的例子(zi)。但是这些发(fā)现(xiàn)都是(shì)在恒星系(xì)统(tǒng)的尺(chǐ)度当(dāng)中，可(kě)当我们上升到星系或者(zhě)是星团(tuán)的(de)尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后发星系(xì)团(tuán)的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨(jù)大星系(xì)团，这些星系被(bèi)引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的质(zhì)量一般会使(shǐ)用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当(dāng)两(liǎng)种方法结果一致，就可以确(què)定其质(zhì)量的范围。

第一种是(shì)获得其"光(guāng)度学的质量"，需要(yào)的(de)数(shù)据是测量各个(gè)星系的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计算，是利(lì)用光(guāng)谱红移测量星系团(tuán)中的各(gè)个星系相对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失(shī)了(le)，或(huò)者说(shuō)这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可见光的(de)形(xíng)式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多(duō)星系的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛(niú)顿(dùn)的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所(suǒ)产(chǎn)生的引力是(shì)无法将它们束(shù)缚(fù)在星(xīng)系团内的，它们早(zǎo)就应该被(bèi)抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用(yòng)，这种力量来源40目筛网孔径是多少毫米 40目筛网孔径多大于某种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它(tā)们(men)却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时(shí)的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的(de)恒星(xīng)运动。理论上(shàng)来说，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力(lì)定(dìng)律，在星系当中如(rú)果没有足够大的质(zhì)量来吸(xī)引(yǐn)它(tā)们(men)，这些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科(kē)学家们会使用一种相对标准的(de)方法来(lái)解释暗物(wù)质的(de)存在(zài)，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋(xuán)转速度。如(rú)果出现异常(cháng)的结果，就认(rèn)为是由暗物质(zhì)的(de)力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是(shì)科(kē)学家们通过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距(jù)离星系(xì)中心更(gèng)远距(jù)离的(de)氢(qīng)元(yuán)素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的(de)力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例(lì)外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系(xì)的(de)运(yùn)行(xíng)速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速(sù)度(dù)远远大于理论速(sù)度，那(nà)么(me)产生以上这种向心加(jiā)速度(dù)的(de)原因很可能(néng)就(jiù)是存在着一种我们看不到的物(wù)质，是这些暗(àn)物质(zhì)的(de)引力效(xiào)应(yīng)将星系聚(jù)集在了(le)一(yī)起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物质的(de)存在。科学家根(gēn)据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个(gè)星系质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个(gè)现象的(de)原因。在(zài)一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的(de)遥远恒星之(zhī)间，也会出(chū)现速度(dù)上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发(fā)现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银河(hé)系不多，但是星系当中(zhōng)存在的(de)恒星数量却(què)只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在(zài)理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会(huì)分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的(de)详(xiáng)细测量之(zhī)后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来(lái)解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物(wù)质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有(yǒu)任何(hé)星(xīng)系存(cún)在。造(zào)成这些现象的除(chú)了暗物质的假说之外(wài)，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作方(fāng)式是不同的(de)，这意味着在行星系(xì)尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是上(shàng)升到(dào)星系和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之间的(de)相互作用(yòng)，科(kē)学(xué)家还引入(rù)了外部场(chǎng)效(xiào)应(yīng)的概念(niàn)，指的是在(zài)数(shù)百万光年(nián)的规模上，巨大(dà)的(de)质量之间会产(chǎn)生(shēng)对(duì)彼(bǐ)此特殊(shū)的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意(yì)味(wèi)着我们需要对现在的物理定(dìng)律进行(xíng)修正(zhèng)，这些发(fā)现也让很多人(rén)认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在的(de)其他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没(méi)法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光年的(de)子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这样(yàng)的星团(tuán)，它(tā)们大部分的普通质量都在星系(xì)的气(qì)体当中。当星(xīng)团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的时(shí)候(hòu)，星际气(qì)体的相互作(zuò)用就会(huì)导致温度的(de)急(jí)剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部(bù)分(fēn)的质量将位于所有这些气(qì)体所在的(de)中间(jiān)区(qū)域。那么(me)我们通过什(shén)么来验证它的质量区域到底是不是集(jí)中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们(men)可以明显地(dì)看(kàn)到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什(shén)么问题，而(ér)是(shì)这(zhè)样极遥远的天体和我们地(dì)球上的(de)观测(cè)者之间。被一(yī)个质量超级巨大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量(liàng)的东西(xī)的(de)引力(lì)，会(huì)使身(shēn)后更遥(yáo)远星系的光都发生了(le)扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就(jiù)是(shì)引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人们(men)对(duì)子弹星系(xì)团观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量(liàng)区(qū)域(yù)并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到(dào)的质(zhì)量气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接通过了这(zhè)个区域(yù)，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在(zài)的(de)迄(qì)今为止最好的理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于(yú)可以畅通无(wú)阻地(dì)穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其(qí)中红(hóng)色(sè)的(de)部(bù)分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它(tā)们之间的温差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科学(xué)家们(men)通过(guò)对(duì)前景背(bèi)景分离(lí)后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗(àn)物质(zhì)的增(zēng)加(jiā)，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们(men)需要的(de)暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比(bǐ)例(lì)是一致的。这就意味着。

用了(le)一个简单的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好(hǎo)地解释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物(wù)质的本质就是宇宙当中存(cún)在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何(hé)其他的(de)电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子(zi)的存在，就相当于找到了暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的(de)实际证据(jù)。这种粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出(chū)了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过(guò)去的(de)几(jǐ)十年当中(zhōng)，人(rén)类为了寻找这(zhè)些看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行(xíng)了超过(guò)50次的实(shí)验，却没有任何实质性的(de)发现，除(chú)了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地(dì)球上最大(dà)的(de)地(dì)学实验室(shì)，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，一(yī)直(zhí)致力于寻找暗物(wù)质粒(lì)子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测(cè)到了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多年的数(shù)据(jù)收集，人(rén)们发现(xiàn)了一(yī)个有趣(qù)的事(shì)情(qíng)。探测(cè)率会在每(měi)年的6月份达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而(ér)且(qiě)在20年(nián)当(dāng)中每年都是一样。一些科学(xué)家(jiā)认为这可(kě)能是人类发现暗(àn)物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什么(me)暗物质(zhì)会产生周(zhōu)期性的(de)年(nián)度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系(xì)正在(zài)以220公(gōng)里(lǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我们(men)也在(zài)以这样的速度在(zài)穿越(yuè)着暗物质流，这个(gè)过程中会产生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半年的时间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环(huán)绕银河系(xì)的(de)方(fāng)向是一致的，而另(lìng)外半(bàn)年则与之相反。

而在(zài)6月(yuè)份的(de)时候，地(dì)球与(yǔ)太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗(àn)物质流最(zuì)快的(de)时段。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际(jì)的(de)情况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这(zhè)个(gè)理论的(de)有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这可以用(yòng)来解释，研究(jiū)人(rén)员们所观测到的周期性信号。当然也可能(néng)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(shì)温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符合这个周(zhōu)期的(de)规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前(qián)的实验室正好相(xiāng)反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗物质流(liú)的运动特(tè)征(zhēng)和(hé)第一(yī)个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到(dào)相同(tóng)的信(xìn)号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由(yóu)于这个实验室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所以截(jié)至(zhì)目前还无法提供相(xiāng)应的数据(jù)支(zhī)持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射(shè)一台新的(de)望(wàng)远镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器(qì)提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键的用途就是(shì)探(tàn)索暗物质背(bèi)后(hòu)的(de)奥秘，对于探(tàn)测(cè)的(de)结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待(dài)了。费米实验室粒子(zi)天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命进化的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实(shí)，那(nà)么遍(biàn)布(bù)宇(yǔ)宙当中的(de)暗物质(zhì)会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行星上(shàng)，暗物质正在通过这(zhè)样(yàng)的效应(yīng)创造生命。当(dāng)然(rán)，这些推论的大前(qián)提是要(yào)先找(zhǎo)到(dào)暗物质(zhì)存在的(de)实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的(de)动力！

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