宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过(guò)去的几十年(nián)当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却(què)没有发现(xiàn)任何的(de)有(yǒu)效证(zhèng)据(jù)。除(chú)了(le)一(yī)个地(dì)方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的自然哲(zhé)学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引力(lì)定律，它揭示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动的(de)规律。往后的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家(jiā)们发现(xiàn)某(mǒu)些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们(men)就会知道，周围一(yī)定(dìng)有未(wèi)知(zhī)的天体(tǐ)通过引力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重大(dà)天文成就的例子。但(dàn)是这些(xiē)发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当(dāng)我们(men)上(shàng)升(shēng)到星系(xì)或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学(xué)家弗里茨兹威基(jī)正在(zài)研究和测量(liàng)后(hòu)发星系团(tuán)的(de)质(zhì)量(liàng)。这(zhè)是一个由数千个(gè)星系所组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引力束(shù)缚在一起。测(cè)量星系团(tuán)的(de)质量一(yī)般(bān)会使用到两种方法，当两种方(fāng)法(fǎ)结(jié)果一(yī)致(zhì)，就(jiù)可以确定(dìng)其(qí)质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学(xué)的质量(liàng)"，需要(yào)的数据是测量各个星系(xì)的光度(dù)。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移(yí)测量星系团中的各个(gè)星系相对(duì)于星(xīng)系团的运动速度。当测量结(jié)果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星系团有99%的质量(liàng)消失了，或(huò)者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的(de)是(shì)，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星系(xì)团中很多星系(xì)的速度比理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按(àn)照牛(niú)顿的(de)运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产生的(de)引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被(bèi)抛(pāo)出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的(de)力(lì)量在(zài)起作(zuò)用，这(zhè)种力量来源于某种隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的暗(àn)质，它不(bù)发散光(guāng)、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是它们却(què)占据(jù)着(zhe)宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的(de)人们(men)对这(zhè)样的一种(zhǒng)说(shuō)法不(bù)屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出(chū)现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在(zài)观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论上来(lái)说，距(jù)离中心越(yuè)远的恒星在其(qí)轨道(dào)上的运行(xíng)速(sù)度就会(huì)越慢(màn)。但是他们观测(cè)的结(jié)果却让人(rén)感到不可(kě)思议(yì)。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变(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来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来解(jiě)释暗物质的存(cún)在，这种方法(fǎ)就是测量星(xīng)系当中气(qì)体在X轴上距离星系中(zhōng)心(xīn)的(de)距离，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入(rù)其中。

于(yú)是科学家们通过射电望(wàng)远镜(jìng)测量了(le)距离(lí)星(xīng)系中心更(gèng)远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并(bìng)不(bù)符合牛顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们的(de)太(tài)阳系也(yě)不例(lì)外，太阳系位于银(yín)河系的(de)第三(sān)悬臂(bì)之上，距(jù)离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳系的(de)运(yùn)行(xíng)速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度(dù)的原因(yīn)很可能就是存(cún)在着一种(zhǒng)我们(men)看不到的物质，是这些暗(àn)物质的引力效应(yīng)将星系(xì)聚集(jí)在了一(yī)起(qǐ)。

也(yě)是(shì)从这时开始，越(yuè)来越多(duō)的研(yán)究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道(dào)的速度，估算在星(xīng)系当中暗(àn)物质的质量占整(zhěng)个星系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新(xīn)的(de)研究当(dāng)中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有引(yǐn)力(lì)效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出(chū)现(xiàn)速度上的(de)微(wēi)小差异。另外，天文(wén)学家还(hái)发现了一(yī)个反常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银(yín)河系不(bù)多，但(dàn)是(shì)星(xīng)系当中存在的恒(héng)星数量却只有(yǒu)银河系的(de)千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在(zài)暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们(men)使用最先进的望远镜对其进行(xíng)了(le)40个小时(shí)的详细测量(liàng)之后，发现星系中的(de)恒(héng)星(xīng)运动是可(kě)以用正常的物(wù)质和力学定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么又有人提(tí)出(chū)，也许该星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近(jìn)的另一个大星系(xì)剥(bō)离(lí)了。奇怪的(de)是，它的附近(jìn)没有任何(hé)星系存在。造(zào)成这(zhè)些现象的(de)除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就(jiù)是人类对(duì)引力的理解还(hái)不够全面(miàn)，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作(zuò)方式是(shì)不同的，这意味着在行星(xīng)系(xì)尺度中的(de)天体会(huì)沿着它们的轨道，按(àn)照我们(men)所(suǒ)理解的(de)方式(shì)运动。但是上(shàng)升到星系(xì)和星团的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的(de)相互作用则是不同的方式。对于在星(xīng)系团之(zhī)间的相互(hù)作用，科学家还引入了外(wài)部场(chǎng)效应的概念，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨(jù)大(dà)的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们(men)需要对现在的物(wù)理定律进行(xíng)修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也(yě)让很(hěn)多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其(qí)他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由(yóu)两个(gè)碰(pèng)撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样的星团，它(tā)们(men)大部分(fēn)的普通质(zhì)量都在星(xīng)系的气体当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万(w民盟的加入条件是什么，民盟的加入条件是什么样的àn)公里/小时发生碰撞(zhuàng)的(de)时(shí)候(hòu)，星际气体的(de)相互作用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部(bù)分的质量将(jiāng)位于所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那么(me)我们通过(guò)什么来验证它的质量区域到底是(shì)不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当中第(dì)一张全彩的(de)高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产生了巨大(dà)的形变(biàn)。其实这些(xiē)星(xīng)系(xì)本身并(bìng)不是真的(de)被扭曲(qū)了，也不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地(dì)球上(shàng)的(de)观(guān)测者(zhě)之(zhī)间。被一个质量(liàng)超级(jí)巨大(dà)的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨(jù)大的天(tiān)体可(kě)能是(shì)超(chāo)大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹(dàn)星系团观(guān)测的时候，发现它(tā)的(de)大质量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释(shì)方法就(jiù)是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被(bèi)民盟的加入条件是什么，民盟的加入条件是什么样的卡在了中间，暗物质则(zé)直(zhí)接通过了(le)这个区域，并在(zài)两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹星系团(tuán)的引力透(tòu)镜研究(jiū)也被(bèi)认(rèn)为是暗物(wù)质存在的迄(qì)今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上(shàng)留(liú)下(xià)了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的(de)部分表示(shì)温度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝(lán)色则(zé)表(biǎo)示相对较(jiào)冷(lěng)的区(qū)域(yù)，但实(shí)际上它们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分(fēn)离(lí)后的二值图(tú)像进行连通域提取和标记之(zhī)后发(fā)现，如(rú)果(guǒ)宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形看起来(lái)不应该是这样的(de)，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我(wǒ)们需要的(de)暗物质大约(yuē)是(shì)普通物(wù)质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解释(shì)星系(xì)当中恒星运(yùn)动所需要(yào)的(de)暗物质比例是一致的(de)。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释(shì)了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物(wù)质的本质(zhì)就是(shì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某种类型的(de)粒子，它们不参与任何其他的(de)电磁作用，只通(tōng)过引力(lì)来相(xiāng)互作用。所以如(rú)果能(néng)够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于(yú)找到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这(zhè)些不(bù)同的目标粒子所需要(yào)的实验方式也(yě)不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人(rén)类为(wèi)了寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们已经进行了超过50次(cì)的实验，却没(méi)有任(rèn)何(hé)实质性的发(fā)现，除了一(yī)个(gè)地方，意(yì)大(dà)利的格(gé)兰萨索山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实(shí)验室，这(zhè)个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个(gè)三层楼(lóu)高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质(zhì)粒(lì)子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学(xué)家声称观测(cè)到了某种信号(hào)。经过了(le)20多年的(de)数据收(shōu)集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测率会(huì)在每(měi)年(nián)的6月份达(dá)到峰值，然后在(zài)11月降(jiàng)到(dào)最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能(néng)是(shì)人(rén)类发现暗(àn)物质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了(le)太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在(zài)以这样的速(sù)度在穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生(shēng)相应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕(rào)太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间(jiān)，地(dì)球围绕太阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环(huán)绕(rào)银河系的(de)方向是一致的，而另外半(bàn)年则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方(fāng)向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗物质(zhì)流最快(kuài)的时段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这(zhè)并(bìng)不影响(xiǎng)这个理论的(de)有(yǒu)效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解释(shì)，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其(qí)他(tā)的(de)情况，造(zào)成这种年度周期信号的(de)差(chà)异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也符合(hé)这(zhè)个周期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南(nán)半球建立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验(yàn)室正(zhèng)好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动(dòng)特征和(hé)第一个(gè)实验室是一样的(de)。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数(shù)据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望(wàng)远镜，这台(tái)太空望(wàng)远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的(de)宽(kuān)视场仪器(qì)提供(gōng)的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍(bèi)。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜(jìng)其(qí)中一(yī)个(gè)关键(jiàn)的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的(de)结(jié)果，我(wǒ)们只能拭目以(yǐ)待了(le)。费米(mǐ)实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极(jí)有可能(néng)拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是(shì)生(shēng)命进化的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这一(yī)理论得到进(jìn)一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会(huì)意(yì)味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个(gè)角落的行星上，暗(àn)物质(zhì)正在(zài)通过这样的(de)效(xiào)应(yīng)创造(zào)生命。当然(rán)，这(zhè)些(xiē)推论的大前提(tí)是要先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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