宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会(huì)存在(zài)科学无(wú)法解释的(de)“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人(rén)类(lèi)为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在的证(zhèng)据(jù)，科(kē)学家们(men)在过去的几十(shí)年当中进行了超(chāo)过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现任何的(de)有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨(sà)克(kè)牛顿发表了万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学(xué)家们发现某些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不符合(hé)万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)的(de)时候(hòu)，他们就会知道，周(zhōu)围一(yī)定有未知的天体(tǐ)通过(guò)引力在摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发(fā)现了海王星的(de)存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是(shì)这些(xiē)发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到(dào)星(xīng)系(xì)或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨(cí)兹威基正在研(yán)究和测量后(hòu)发星(xīng)系团(tuán)的质量。这是一个由数千(qiān)个(gè)星(xīng)系所组成的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团的质量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方(fāng)法(fǎ)结果一(yī)致，就可(kě)以(yǐ)确定其质量的范(fàn)围。

第(dì)一(yī)种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的(de)光度。

第二种是动(dòng)力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中的(de)各个星系相(xiāng)对于星系团的运动(dòng)速度(dù)。当测量结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的(de)400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发座星(xīng)系团有99%的质量消(xiāo)失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速(sù)度的过程中，兹(zī)威基(jī)发现星系(xì)团中(zhōng)很(hěn)多星系的速度比(bǐ)理论(lùn)上要快得(dé)多，按照牛顿的(de)运动学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的(de)引力(lì)是(shì)无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基(jī)提出了这(zhè)样部分不可见的(de)暗(àn)质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却(què)占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝(jué)大部分的质(zhì)量。只是当(dāng)时(shí)的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是(shì)他们观(guān)测的结果却让人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系(xì)当中如果没有(yǒu)足够大(dà)的质量(liàng)来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学家(jiā)们(men)会使用一种相(xiāng)对标准的方(fāng)法来解释(shì)暗(àn)物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测(cè)量星系(xì)当中气体在X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心的(de)距离(lí)，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气(qì)体(tǐ)的旋转速(sù)度。如(rú)果(guǒ)出(chū)现异常的(de)结果，就认(rèn)为(wèi)是由(yóu)暗(àn)物质(zhì)的力(lì)量进入其中。

于是科(kē)学家们通(tōng)过射(shè)电望远镜测量(liàng)了距(jù)离星(xīng)系中心更远距离的氢元素(sù)，发(fā)现它们的旋转速度(dù)并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位(wèi)于银河(hé)系(xì)的第(dì)三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那么(me)产生以上这种向(xiàng)心加速(sù)度的原因很可能(néng)就是存在着一(yī)种我们看不(bù)到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系(xì)聚集在(zài)了(le)一(yī)起。

也是从(cóng)这(zhè)时开始，越(yuè)来越多的(de)研究人(rén)员(yuán)开始相信暗(àn)物质的(de)存在。科学(xué)家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可(kě)以解(jiě)释这个现象的原因(yīn)。在一(yī)项新的研(yán)究当中(zhōng)，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也会出(chū)现速度(dù)上(shàng)的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中存在的恒(héng)星数量却只有银(yín)河系的千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则(zé)就会分(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(shí)的详细测量(liàng)之(zhī)后(hòu)，发现(xiàn)星系中的(de)恒星运动是可以用正常(cháng)的物(wù)质(zhì)和力学定律来解释的(de)。那(nà)么又有人提出，也许该星系的(de)暗(àn)物质，已经被附近的另一个(gè)大星系(xì)剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存在(zài)。造成这些现(xiàn)象的除(chú)了暗物(wù)质的假说之外，另一(yī)种可能(néng)就是人类对引力的(de)理(lǐ)解还(hái)不够全面，引力很可能在不(bù)同(tóng)尺度(dù)空(kōng)间中的(de)工作方(fāng)式是不(bù)同的，这意(yì)味着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按(àn)照我们所理解(jiě)的(de)方式运动。但是(shì)上升到(dào)星系和(hé)星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则(zé)是不(bù)同的方(fāng)式(shì)。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科学(xué)家(jiā)还引入了(le)外部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产(chǎn)生(shēng)对(duì)彼(bǐ)此(cǐ)特殊的(de)效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需要对现在的物(wù)理定律(lǜ)进行(xíng)修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在(zài)的其他的理(lǐ)论(lùn)证据(jù)，这些理论(lùn)证据是(shì)蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解释的(de)“引力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离(lí)为(wèi)37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类(lèi)似(shì)这样的(de)星团(tuán)，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的(de)气(qì)体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时(shí)候，星际气体的相互作用就会导致温(wēn)度的(de)急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区域(yù)。那么我(wǒ)们(men)通过(guò)什么(me)来(lái)验证它的质量区域到底是不是(shì)集(jí)中在中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些(xiē)星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么(me)问(wèn)题，而是这样极(jí)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，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥(yáo)远星(xīng)系的光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个(gè)现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大(dà)质(zhì)量的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所以当人们(men)对子弹(dàn)星系团(tuán)观(guān)测的时候，发现它的大(dà)质量区(qū)域并不(bù)是在中间，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以最好的解释方(fāng)法(fǎ)就是当星团发(fā)生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的(de)质(zhì)量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质(zhì)则(zé)直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边(biān)形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在(zài)的(de)迄今为止(zhǐ)最好的(de)理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最(zuì)古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年(nián)之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了(le)各相(xiāng)酒店的大镜子对着床做什么用的，酒店的镜子对着床做什么用的同性的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部分(fēn)表示温度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷(lěng)的区域(yù)，但(dàn)实际(jì)上它(tā)们之(zhī)间的温(wēn)差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值图(tú)像进行连通域提(tí)取(qǔ)和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形(xíng)看起来不(bù)应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普通(tōng)物质(zhì)的(de)5倍。这个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个(gè)简单(dān)的理论框架(jià)，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任(rèn)何其他的(de)电磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来(lái)相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的存在，就相当于找到(dào)了暗物(wù)质存在的(de)实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到底是(shì)什么？科学家们已(yǐ)经提出(chū)了数十种(zhǒng)的(de)假想目标，而要(yào)寻找这些(xiē)不同(tóng)的目标(biāo)粒(lì)子(zi)所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过(guò)去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了(le)超过50次的实验，却(què)没(méi)有任何实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰(lán)萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地(dì)球上最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(céng)楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡。

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自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到了某种信(xìn)号(hào)。经过了(le)20多年的(de)数据收集，人(rén)们发(fā)现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在(zài)每年(nián)的6月份达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科(kē)学家(jiā)认(rèn)为这可能(néng)是(shì)人(rén)类发现暗物(wù)质的第一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是(shì)为什(shén)么暗物质会产生周(zhōu)期性(xìng)的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲(jiǎng)了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么(me)如果暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗(àn)物质流(liú)，这个(gè)过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时(shí)间，地球围绕太阳(yáng)的(de)方向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一致(zhì)的，而另外半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的(de)方向正好达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越(yuè)暗物质流最(zuì)快的时段。而(ér)在(zài)11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管在实际的(de)情(qíng)况中，太阳系(xì)相对银河系的(de)平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的(de)有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号。当然也(yě)可(kě)能有(yǒu)其他(tā)的(de)情况，造(zào)成这种年度周期信号的差异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积雪，甚至(zhì)连(lián)意(yì)大利游客的(de)数(shù)量也符合(hé)这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立了(le)一(yī)个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与之前(qián)的实验室正好(hǎo)相反，而在(zài)这里，地球穿过(guò)暗物质流的运(yùn)动特征和第一(yī)个实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信(xìn)号，就可以成(chéng)为暗(àn)物(wù)质所存在(zài)的非常(cháng)有力的证据了。但是由(yóu)于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提(tí)供(gōng)相(xiāng)应(yīng)的(de)数(shù)据支持。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“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的(de)用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子(zi)天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的(de)效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支(zhī)持宇宙(zhòu)当(dāng)中生(shēng)命(mìng)的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生(shēng)命(mìng)进化的一个重要因素(sù)。

如(rú)果这一理论得到进一步的证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不(bù)会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗物(wù)质(zhì)正在通过(guò)这(zhè)样的效应创造(zào)生命。当然，这(zhè)些推论(lùn)的大前提(tí)是要(yào)先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我(wǒ)更新的(de)动(dòng)力！

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