宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解(jiě)释(shì)的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证据，科学家们(men)在过去的(de)几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发现任何的有效证(zhèng)据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往后的(de)几百年(nián)来，当(dāng)天文(wén)学家们(men)发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符(fú)合万(wàn)有引(yǐn)力定律的时候，他们(men)就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道(dào)的异(yì)常，推算(suàn)并且发(fā)现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星(xīng)的(de)发现(xiàn)都(dōu)是应用万(wàn)有引力定律所取得重大(dà)天文成就的例(lì)子。但是这些(xiē)发(fā)现都(dōu)是在恒星系(xì)统的(de)尺度当(dāng)中，可当我们上(shàng)升到星系或(huò)者是星团的(de)尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和(hé)测量后发(fā)星系团的质(zhì)量。这(zhè)是一个由数千个星系(xì)所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一(yī)起。测量星(xīng)系团的质(zhì)量一般会使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一(yī)致，就可(kě)以确定(dìng)其质量的(de)范围。

第(dì)一种是获(huò)得其"光度(dù)学的质量"，需(xū)要的数(shù)据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二(èr)种是动力学质量的计(jì)算，是(shì)利用(yòng)光谱红移测量星系(xì)团中的各个星系相对于星系团的运动速度(dù)。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不(bù)以(yǐ)可(kě)见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星(xīng)系团中(zhōng)很(hěn)多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠(kào)这(zhè)些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们束(shù)缚(fù)在星系团内的(de)，它们(men)早(zǎo)就应该被抛出(chū)星(xīng)系团之外了，除非有一种神(shén)秘的力量(liàng)在(zài)起作用(yòng)，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出(chū)了这(zhè)样部分不(bù)可见的暗质(zhì)，它(tā)不发散(sàn)光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是(shì)当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特(tè)在观测(cè)仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离(lí)中心越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到不可思议(yì)。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离(lí)的(de)增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变(biàn)。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家们会使用一种相对标(biāo)准(zhǔn)的方(fāng)法来解(jiě)释暗物质的(de)存(cún)在，这种方法就是(shì)测量(liàng)星系当中气体在X轴上(shàng)距(jù)离星(xīng)系(xì)中心的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现异(yì)常的(de)结果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物质的力量进入(rù)其中(zhōng)。

于是科学家们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜测(cè)量(liàng)了距离星(xīng)系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它们(men)的旋转速度(dù)并不(bù)符合牛顿的力学定(dìng)律。我们(men)的太(tài)阳系也不96的因数有哪些数，72的因数有哪些(bù)例外(wài)，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上(shàng)，距离银(yín)河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太(tài)阳(yáng)系的运行速度(dù)应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度，那么(me)产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心(96的因数有哪些数，72的因数有哪些xīn)加速度的原(yuán)因很可能就(jiù)是存(cún)在着一种(zhǒng)我们看(kàn)不(bù)到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星系(xì)聚集(jí)在(zài)了一起(qǐ)。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越来越(yuè)多(duō)的研究人员(yuán)开(kāi)始相信暗(àn)物质的存在。科(kē)学家根据(jù)星系外恒星轨(guǐ)道的(de)速度，估算在星(xīng)系(xì)当中暗物质的质量(liàng)占整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并不(bù)是唯一可以解释(shì)这个现象的原因(yīn)。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力(lì)效应的(de)遥远恒星之间，也(yě)会出现(xiàn)速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不(bù)多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一(yī)。

所以在理论(lùn)上，该星系必(bì)须存在暗(àn)物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离析。但是科(kē)学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星系(xì)中的恒(héng)星运(yùn)动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么(me)又有人提出(chū)，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的假说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人(rén)类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空(kōng)间中(zhōng)的工(gōng)作方式是不同的，这(zhè)意(yì)味着在行星(xīng)系(xì)尺(chǐ)度中的天体会沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但(dàn)是上(shàng)升(shēng)到星系和(hé)星团(tuán)的尺度(dù)，引力之间的相互作用(yòng)则是不(bù)同的方式。对于在星系(xì)团(tuán)之(zhī)间的相互作用(yòng)，科(kē)学(xué)家(jiā)还引入(rù)了外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)我们需要对现在的物理定律(lǜ)进(jìn)行修(xiū)正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还(hái)有关于(yú)暗物质存在的(de)其(qí)他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证据是蒙德(dé)理论所没法解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿(yì)光年(nián)的(de)子(zi)弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星团(tuán)，它(tā)们大部分(fēn)的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的(de)相互作(zuò)用(yòng)就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们(men)通过什么来验(yàn)证它的(de)质量区(qū)域到(dào)底(dǐ)是不(bù)是集中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地(dì)看到很多星(xīng)系似(shì)乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本(běn)身并不是(shì)真的被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是(shì)这样极遥远的(de)天体和(hé)我们地(dì)球上的观(guān)测者(zhě)之(zhī)间。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨(jù)大的(de)天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使身后(hòu)更遥远星(xīng)系的光(guāng)都(dōu)发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现(xiàn)象(xiàng)就(jiù)是引(yǐn)力透镜(jìng)效(xiào)应。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可能是(shì)超(chāo)大质量的黑洞或(huò)者(zhě)是暗(àn)物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对子弹星(xīng)系团观(guān)测(cè)的(de)时候，发(fā)现它的大质量区(qū)域并不(bù)是在(zài)中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以最好(hǎo)的(de)解释方法就是当星团(tuán)发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研(yán)究也被认(rèn)为是暗物质存在的(de)迄今为止最好(hǎo)的理论(lùn)证(zhèng)据。

除(chú)此之(zhī)外，还(hái)有来自宇宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终于可以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的(de)部分表示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝色(sè)则(zé)表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差(chà)只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值(zhí)图像进行连通域(yù)提(tí)取和标(biāo)记之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起来(lái)不应(yīng)该(gāi)是(shì)这样的，而随(suí)着暗物(wù)质(zhì)的增(zēng)加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐射(shè)的测量值(zhí)，我们需要的(de)暗物质大(dà)约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需(xū)要的(de)暗物(wù)质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的本(běn)质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它(tā)们不(bù)参与任何其他的(de)电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能(néng)够找到(dào)这种粒子的存(cún)在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是(shì)什(shén)么？科学家(jiā)们已经提(tí)出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十年当中，人(rén)类(lèi)为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物(wù)质(zhì)相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次(cì)的实验(yàn)，却没(méi)有任(rèn)何实质性的发现，除了一个(gè)地(dì)方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地(dì)学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层(céng)楼高的探测器(qì)，一直致力于(yú)寻(xún)找暗物(wù)质粒子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的(de)科学(xué)家声称观(guān)测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号(hào)。经(jīng)过了(le)20多(duō)年的(de)数据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事(shì)情。探(tàn)测(cè)率会在每年(nián)的(de)6月份达到(dào)峰值(zhí)，然后在11月降到(dào)最低，而且在(zài)20年(nián)当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人(rén)类发(fā)现(xiàn)暗物质的第(dì)一(yī)个直接证据。

但是为(wèi)什么(me)暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着(zhe)银(yín)河系(xì)进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速(sù)度在穿越(yuè)着暗物质流(liú)，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围(wéi)绕太(tài)阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向(xiàng)是(shì)一致的，而另外(wài)半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候(hòu)，地(dì)球(qiú)与太阳的方(fāng)向正好达到(dào)完全一致(zhì)，这是理论上地球(qiú)穿(chuān)越(yuè)暗物质流最快(kuài)的时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实际(jì)的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释，研(yán)究(jiū)人员们(men)所观测到的周期(qī)性(xìng)信号。当然也可(kě)能有(yǒu)其他(tā)的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的(de)水分、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利游客的数量(liàng)也符(fú)合这个(gè)周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们(men)又在南(nán)半球建(jiàn)立(lì)了一(yī)个几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实(shí)验室正(zhèng)好相反，而在(zài)这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质流(liú)的运动(dòng)特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可(kě)以得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物(wù)质(zhì)所(suǒ)存(cún)在(zài)的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这(zhè)个实验(yàn)室(shì)刚刚(gāng)建(jiàn)成(chéng)不久，所以截至目(mù)前还无法提供(gōng)相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的(de)视野是哈(hā)勃红外(wài)仪器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理(lǐ)中心(xīn)的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在(zài)，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘(mì)的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支(zhī)持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到(dào)进一步的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物(wù)质正在通过(guò)这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推(tuī)论的(de)大前提是(shì)要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持(chí)是(shì)我更新(xīn)的(de)动力！

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