宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无(wú)法(fǎ)解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什(shén)么？人类为了(le)寻找暗物(wù)质存(cún)在(zài)的证据，科学(xué)家们在过(guò)去(qù)的几(jǐ)十年当(dāng)中进(jìn)行(xíng)了(le)超过50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没有发现任何(hé)的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天体运动的规(guī)律。往(wǎng)后的(de)几百年来，当天文学(xué)家们发现(xiàn)某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符(fú)合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通(tōng)过(guò)引力在(zài)摄动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的发现都是(shì)应(yīng)用万有引力定律所(suǒ)取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度(dù)，事情就(jiù)开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨(cí)兹威(wēi)基正(zhèng)在研究和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系团的质(zhì)量一般(bān)会使用到(dào)两种方(fāng)法，当两种方法结果一(yī)致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需(xū)要(yào)的数据(jù)是测量各(gè)个星(xīng)系的光度。

第二(èr)种是(shì)动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测量(liàng)星系团中(zhōng)的各个(gè)星系相对于星系团的运动(dòng)速(sù)度(dù)。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度(dù)学质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着(zhe)，后发(fā)座星(xīng)系团有99%的质量消失了(le)，或(huò)者说这99%的质量并不(bù)以(yǐ)可见光(guāng)的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是(shì)，在测量速度的(de)过(guò)程(chéng)中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多(duō)星系(xì)的速度(dù)比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所产生的(de)引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛(pāo)出星系团之外了(le)，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部(bù)分不可见的暗质，它(tā)不(bù)发(fā)散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却(què)占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才再一次(cì)出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉(lā)鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特(tè)在观测(cè)仙女座星系中的恒星(xīng)运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越远的恒(héng)星在其轨(guǐ)道上的(de)运行速度(dù)就会越慢。但(dàn)是他们观测(cè)的结果(guǒ)却让人感到(dào)不可思议(yì)。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是(shì)根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中如果没有(yǒu)足够大的(de)质量来吸(xī)引它们，这些外(wài)围的(de)恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释(shì)暗(àn)物质的存在，这种方法就(jiù)是(shì)测量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离星(xīng)系中心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速(sù)度。如果出(chū)现异(yì)常的结(jié)果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入(rù)其(qí)中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜测量了距(jù)离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速(sù)度(dù)并不符合牛顿的(de)力(lì)学定律。我们的太(tài)阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳(yáng)系的运(yùn)行速度(dù)应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远远大于理论速(sù)度，那么(me)产生以(yǐ)上这(zhè)种向(xiàng)心加速(sù)度的原(yuán)因很可能(néng)就是(shì)存在着一种我(wǒ)们看不到的物(wù)质，是(shì)这些暗物质(zhì)的引(yǐn)力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越来越多的研究人(rén)员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在(zài)星系当中(zhōng)暗物(wù)质的质量占整个(gè)星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个(gè)现(xiàn)象的原因。在一(yī)项(xiàng)新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没(méi)有(yǒu)引力效(xiào)应的(de)遥远恒星之间，也(yě)会出现速度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学(xué)家还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银河系不多，但是星系当中存在的(de)恒星数量却(què)只有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个小时的详细(xì)测(cè)量之后(hòu)，发(fā)现星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动是可以用正(zhèng)常的物(wù)质和力(lì)学(xué)定律来解释的。那么(me)又有人(rén)提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有(yǒu)任何星系存(cún)在(zài)。造(zào)成这(zhè)些现象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一(yī)种可能就是人类对(duì)引(yǐn)力的(de)理解还不够全面，引力(lì)很可能(néng)在不同尺度空间中的(de)工作方式是不同的，这意(yì)味着在行(xíng)星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们(men)的轨(guǐ)道(dào)，按照我(wǒ)们(men)所(suǒ)理(lǐ)解的方式(shì)运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的(de)相互(hù)作用则是(shì)不同(tóng)的方(fāng)式。对于在星系(xì)团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入(rù)了外部场效应的概(gài)念，指的(de)是(shì)在(zài)数百万光年的规模(mó)上，巨(jù)大的质量之间会(huì)产(chǎn)生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要(yào)对现(xiàn)在的物理定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些发(fā)现也(yě)让很(hěn)多(duō)人认(rèn)为暗物质假说理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但是(shì)在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德(dé)理(lǐ)论所没(méi)法解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组(zǔ)成(chéng)，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它们(men)大部(bù)分的(de)普通(tōng)质量都在(zài)星系的气体(tǐ)当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的(de)时(shí)候(hòu)，星际气体的相互(hù)作(zuò)用就会导致(zhì)温度(dù)的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的(de)质量将位于所有这些气(qì)体所在(zài)的中间(jiān)区(qū)域。那么我们通过(guò)什么来验(yàn)证(zhèng)它的质(zhì)量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片(piàn)中我们可(kě)以(yǐ)明显(xiǎn)地(dì)看到很多(duō)星系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了(le)巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不(bù)是真(zhēn)的被扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什么问题，而(ér)是(shì)这样极遥远的(de)天体(tǐ)和(hé)我们(men)地球上的观测(cè)者之间。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨(jù)大(dà)的天体遮挡，这个超(chāo)大质量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥远星系(xì)的光都(dōu)发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的(de)天体可能(néng)是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当人(rén)们(men)对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域(yù)并不是在中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了(le)中间，暗物质则直接通过了这个(gè)区(qū)域，并在两边(biān)形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为止最好的理论(lùn)证(zhèng)据(jù)。

除此之(zhī)外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红色的(de)部分表示温度(dù)较高的区域(yù)，蓝(lán)色(sè)则表(biǎo)示(shì)相对较(jiào)冷(lěng)的区(qū)域，但实(shí)际(jì)上它们之间的(de)温(wēn)差只有万分(fēn)之一。

科学家们(men)通过对前景背景分离(lí)后的(de)二值(zhí)图像(xiàng)进行连通域提取和标记之后(hòu)发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随(suí)着暗物质的增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量(liàng)值，我们需要的(de)暗物(wù)质大约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运(yùn)动(dòng)所需要的暗物质比例是(shì)一(yī)致的(de)。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观(guān)测结果。而(ér)暗物(wù)质的本质就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用，只通(tōng)过引力来相互(hù)作用。所(suǒ)以(yǐ)如(rú)果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相当(dāng)于找到了暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已经提出了(le)数(shù)十种的(de)假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标(biāo)粒(lì)子所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过(guò)去的几十(shí)年(nián)当(dāng)中，人(rén)类(lèi)为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互(hù)作用的“暗(àn)物(wù)质(zhì)”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着(zhe)地球上(shàng)最大的地学实验室，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗(àn)物质粒子的(de)周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科(kē)学家声称观测(cè)到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人(rén)们(men)发现了(le)一个有趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会(huì)在每年的6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降到最低，而(ér)且在20年(nián)当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认为这可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么(me)暗物质会(huì)产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如(rú)果暗物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味(wèi)着我们也在以这(zhè)样(yàng)的速度(dù)在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会(huì)产生相(xiāng)应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕太阳进(jìn)行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年的时间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的方向与太阳环(huán)绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另(lìng)外半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正好达到完全(quán)一致(zhì)，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流(liú)最(zuì)快的时(shí)段。而在11月(yuè)份，又恰好达(dá)到(dào)了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实际的(de)情况中，太阳系相对银河系的(de)平面呈现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但是这(zhè)并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究(jiū)人员(yuán)们所观测(cè)到的周期性信号(hào)。当(dāng)然也可能有其他的情(qíng)况，造成(chéng)这(zhè)种年(nián)度周期信号(hào)的差异也可能(néng)是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山上的积(jī)雪，甚至(zhì)连意大(dà)利游(yóu)客(kè)的数量也符合这(zhè)个周期的规(guī)律。

所以，科(kē)学家们又在(zài)南半(bàn)球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季(jì)节与(yǔ)之(zhī)前的实验室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质流(liú)的运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得(dé)到相同的(de)信号(hào)，就可(kě)以成为(wèi)暗物质所存在的(de)非常有力的证(zhèng)据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截(jié)至(zhì)目前(qián)还(hái)无(wú)法(fǎ)提供相应的数据(jù)支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同，但(dàn)它(tā)的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜(jìng)其中一个关(guān)键的用途就是探索暗(àn)物(wù)质背后(hòu)的(de)奥(ào)秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米(mǐ)实验室粒子(zi)天体(t早鸟票什么意思 早鸟票是最便宜的吗ǐ)物(wù)理(lǐ)中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物质存在(zài)，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的(de)效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如(rú)果这(zhè)一理论得到(dào)进一步(bù)的证实(shí)，那(nà)么(me)遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物(wù)质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创(chuàng)造生(shēng)命(mìng)。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持是我更新的(de)动力(lì)！

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