宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会(huì)存(cún)在科学(xué)无法解释的(de)“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的(de)证据，科学(xué)家们在过(guò)去的几十年当中进行了超过(guò)50次的(de)长期(qī)实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据。除了一(yī)个地方，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲(zhé)学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有引力(lì)定(dìng)律，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的规(guī)律。往后的几百(bǎi)年来，当天文(wén)学家(jiā)们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合(hé)万有引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一(yī)定有未(wèi)知的天(tiān)体通过引力在摄动它(tā)的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道(dào)的异常(cháng)，推(tuī)算并(bìng)且发现了海王(wáng)星的(de)存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是(shì)应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒(héng)星系(xì)统的(de)尺(chǐ)度当(dāng)中，可(kě)当我(wǒ)们上升到星系(xì)或者是(shì)星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学(xué)家弗(fú)里茨(cí)兹威基正在研究(jiū)和测量(liàng)后发星系团的(de)质量(liàng)。这是(shì)一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大(dà)星系团，这些星系(xì)被引(yǐn)力(lì)束缚(fù)在一起(qǐ)。测(cè)量星系团的(de)质(zhì)量(liàng)一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方(fāng)法结(jié)果一致，就可以确定其质量的(de)范(fàn)围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的(de)质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的(de)光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计(jì)算，是利用(yòng)光谱红(hóng)移测量星系(xì)团中的各(gè)个星(xīng)系相对于(yú)星系团的运动速度(dù)。当测量(liàng)结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟(jìng)然(rán)是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发(fā)座星系(xì)团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是(shì)，在(zài)测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团中很(hěn)多星(xīng)系的速度比(bǐ)理论(lùn)上要快得多(duō)，按(àn)照(zhào)牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生(shēng)的引力是(shì)无法将(jiāng)它们(men)束缚在(zài)星(xīng)系(xì)团(tuán)内的，它(tā)们早就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量(liàng)来(lái)源(yuán)于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出(chū)了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发防碍哪个字错了，防碍哪个字错了并改正(fā)散光(guāng)、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是(shì)它们却占据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的(de)质量(liàng)。只是(shì)当(dāng)时的人们对(duì)这(zhè)样(yàng)的一种说法不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再(zài)一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星运(yùn)动。理论(lùn)上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在(zài)其(qí)轨道上的运(yùn)行速度就会(huì)越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感到不可思(sī)议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎(hū)保持不变(biàn)。可(kě)是根据牛(niú)顿的万有引力定(dìng)律，在(zài)星系当中如果没有足够大(dà)的质量(liàng)来(lái)吸引它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)了。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来解释暗物质的(de)存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转速(sù)度。如果出现异常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家(jiā)们通过(guò)射电望远镜测(cè)量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于(yú)银河(hé)系的第三悬臂(bì)之(zhī)上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进(jìn)行计算，太(tài)阳系的运行速度(dù)应该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上，太阳系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的速(sù)度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产(chǎn)生以上这种向(xiàng)心加速度(dù)的原因很可(kě)能就是存(cún)在着一种(zhǒng)我们看(kàn)不到(dào)的物质，是(shì)这些暗物质的引力效应将星(xīng)系(xì)聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时(shí)开始，越来越(yuè)多的研(yán)究人(rén)员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外恒(héng)星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整(zhěng)个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一(yī)可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效应的(de)遥(yáo)远恒(héng)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(xué)家还发现了一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中存在的(de)恒星(xīng)数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用(yòng)最先(xiān)进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运动(dòng)是可以用正常的物质和力学定律来(lái)解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗(àn)物质，已经(jīng)被(bèi)附近的另(lìng)一(yī)个大(dà)星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪的(de)是(shì)，它的附近(jìn)没(méi)有任何星(xīng)系(xì)存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之外(wài)，另一(yī)种可能就是人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的工作方(fāng)式是不同的(de)，这(zhè)意味着在行星系(xì)尺度中的(de)天(tiān)体会沿着(zhe)它们的轨道，按(àn)照我们所(suǒ)理解(jiě)的方式(shì)运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互(hù)作用则(zé)是不同的方式(shì)。对(duì)于在星系(xì)团之间(jiān)的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效(xiào)应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规(guī)模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这意味着我们需要对现在(zài)的物理定(dìng)律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终(zhōng)结(jié)。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物(wù)质存(cún)在的其(qí)他的(de)理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的(de)星系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星(xīng)团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作(zuò)用就会导(dǎo)致温度(dù)的急剧升高，速度(dù)大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理论(lùn)上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量(liàng)将(jiāng)位于所有这些气体所在的(de)中(zhōng)间区域(yù)。那么(me)我们通过什么来验证它的质(zhì)量(liàng)区域到(dào)底(dǐ)是不是(shì)集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了(le)宇宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩(cǎi)的(de)高清照片，在(zài)照(zhào)片中我们(men)可以明显地看到很多星系似(shì)乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大的形(xíng)变。其(qí)实这些星系本身(shēn)并不是真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥(yáo)远的天体(tǐ)和我们地(dì)球上的观测(cè)者之间(jiān)。被一个质量(liàng)超级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超(chāo)大质(zhì)量的(de)东西的(de)引力，会使身后更遥远星系(xì)的(de)光都发生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大(dà)的天体可能是超(chāo)大(dà)质量的黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当人们对子(zi)弹星(xīng)系团观测的(de)时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中(zhōng)间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团(tuán)的(de)引(yǐn)力(l防碍哪个字错了，防碍哪个字错了并改正ì)透镜(jìng)研(yán)究也被(bèi)认为是暗(àn)物质(zhì)存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理(lǐ)论证据(jù)。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的部(bù)分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区(qū)域(yù)，但实(shí)际上它们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科(kē)学家(jiā)们通过对前景(jǐng)背景分(fēn)离后(hòu)的二(èr)值(zhí)图(tú)像进行(xíng)连通域(yù)提取和标记之后(hòu)发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而(ér)随(suí)着暗物质的增(zēng)加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们(men)需要的暗(àn)物质(zhì)大(dà)约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个(gè)简单的理论框(kuāng)架(jià)，就很(hěn)好地解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着某种类(lèi)型的粒(lì)子，它们(men)不参与任何其(qí)他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗(àn)物(wù)质存在(zài)的(de)实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所(suǒ)需要的(de)实验方式也不相(xiāng)同(tóng)。在过(guò)去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找这(zhè)些看不见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会(huì)与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实(shí)验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质性的(de)发现，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米处的(de)地(dì)下(xià)矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大(dà)的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称(chēng)观测到了某种信号(hào)。经过了(le)20多年的(de)数据(jù)收集，人(rén)们(men)发现了(le)一个有趣(qù)的事情。探测率会在每年(nián)的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后(hòu)在(zài)11月降(jiàng)到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样(yàng)。一些科(kē)学家(jiā)认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的(de)第(dì)一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗(àn)物质会产生(shēng)周期性的年度(dù)信号呢？刚才我(wǒ)们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕(rào)着银河系(xì)进行(xíng)移动，那(nà)么如果暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公(gōng)里(lǐ)/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年(nián)的时间(jiān)，地球围(wéi)绕太(tài)阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向(xiàng)是(shì)一(yī)致的(de)，而另外(wài)半年则与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全(quán)一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗(àn)物质(zhì)流最(zuì)快的(de)时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好达到(dào)了最(zuì)慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相对(duì)银(yín)河系的平面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这(zhè)个(gè)理(lǐ)论的(de)有效(xiào)性。

因此科学家认(rèn)为这可以用(yòng)来解释，研究(jiū)人员们所观测(cè)到的周期(qī)性信号(hào)。当然也(yě)可能有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期(qī)信号的(de)差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量(liàng)也符合这个周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立(lì)了一(yī)个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与(yǔ)之前的实验(yàn)室正好相(xiāng)反，而在这里，地球(qiú)穿过暗(àn)物质流(liú)的运动特征和第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里可(kě)以得到相同的(de)信(xìn)号，就可以成(chéng)为暗物质所(suǒ)存(cún)在的非(fēi)常有(yǒu)力(lì)的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前(qián)还无(wú)法提(tí)供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同(tóng)，但它(tā)的宽视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中一个关键的用(yòng)途(tú)就是探索暗(àn)物(wù)质背(bèi)后的奥秘，对于探(tàn)测的结果(guǒ)，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米实验室粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学(xué)家丹(dān)琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘(mì)的(de)效应，这种暗(àn)物质效应，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重要因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到(dào)进一步(bù)的证(zhèng)实，那么(me)遍布(bù)宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗(àn)物(wù)质会不(bù)会意味着(zhe)人类并(bìng)不(bù)孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通(tōng)过这样的效应(yīng)创(chuàng)造生(shēng)命。当(dāng)然(rán)，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在(zài)的实(shí)际证(zhèng)据(jù)。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的(de)支持是我更(gèng)新的(de)动力！

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