宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会(huì)存在(zài)科(kē)学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证据(jù)，科学(xué)家们在过去的(de)几(jǐ)十年当中进行(xíng)了(le)超过50次的(de)长期(qī)实验(yàn)，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据(jù)。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数(shù)学(xué)原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往(wǎng)后的几百年来(lái)，当天(tiān)文学(xué)家(jiā)们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不(bù)符合(hé)万有(yǒu)引力定律的(de)时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知(zhī)的天(tiān)体通(tōng)过引力在(zài)摄动它的轨道(dào)。比如(rú)在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推(tuī)算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有(yǒu)引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我们上升(shēng)到(dào)星系或者(zhě)是(shì)星团的尺度(dù)，事情(qíng)就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨(jù)大星(xīng)系团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测(cè)量星系(xì)团的(de)质量(liàng)一般(bān)会使用到两种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范(fàn)围。

第一(yī)种是获得其"光(guāng)度学(xué)的(de)质量(liàng)"，需要的(de)数据是测(cè)量(liàng)各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个(gè)星(xīng)系相(xiāng)对于(yú)星系团的运(yùn)动速(sù)度。当测量(liàng)结果出(chū)来之后，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了(le)，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式(shì)所存在，我(wǒ)们无(wú)法看到。最诡异的(de)是(shì)，在测量(liàng)速(sù)度的过(guò)程(chéng)中，兹(zī)威(wēi)基发(fā)现星系团中很多星系的速度(dù)比理(lǐ)论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠(kào)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(fù)在星系团内的，它们早就(jiù)应(yīng)该被(bèi)抛出星系团之外(wài)了(le)，除非有一种神秘(mì)的力(lì)量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提出了(le)这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却(què)占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再(zài)一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离(lí)中心越远的恒星在其(qí)轨道(dào)上的运行速度就(jiù)会越(yuè)慢(màn)。但是(shì)他们观测的(de)结果却让(ràng)人感(gǎn)到不(bù)可思(sī)议。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不变。可是根(gēn)据(jù)牛顿的(de)万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在(zài)星系(xì)当中(zhōng)如果没有足够大的质(zhì)量(liàng)来吸引它(tā)们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用一种相对(duì)标(biāo)准的方法来(lái)解(jiě)释(shì)暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系(xì)中心的距离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现异常的结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗物质的(de)力(lì)量进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电望远(yuǎn)镜测量了(le)距离(lí)星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离的氢(qīng)元素，发(fā)现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们(men)的(de)太阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳系位(wèi)于银(yín)河系(xì)的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引(yǐn)力定律进行计算，太(tài)阳系的运(yùn)行速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际(jì)速度远远大(dà)于(yú)理(lǐ)论(lùn)速度，那(nà)么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是(shì)存(cún)在着一种我(wǒ)们看(kàn)不(bù)到的物质，是这些(xiē)暗物(wù)质的引(yǐn)力效应将(jiāng)星系聚集在(zài)了一(yī)起。

也是从这时(shí)开始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的(de)速度(dù)，估算在(zài)星(xīng)系当中暗物质的质(zhì)量(liàng)占(zhàn)整(zhěng)个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以(yǐ)解(jiě)释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们(men)发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现了一(yī)个(gè)反常的星(xīng)系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银河系不多，但是(shì)星系当中存(cún)在的恒星数(shù)量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该星(xīng)系(xì)必须(xū)存在(zài)暗物(wù)质，否则就会分崩离(lí)析。但(dàn)是科(kē)学(xué)家(jiā)们使用最先(xiān)进(jìn)的(de)望(wàng)远镜对其进(jìn)行了(le)40个小(xiǎo)时的详细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星(xīng)系中的(de)恒星(xīng)运动是可以用正常的物质(zhì)和(hé)力学定(dìng)律(lǜ)来解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇(qí)怪的是(shì)，它的附近没有任(rèn)何星系(xì)存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗(àn)物质(zhì)的假说(shuō)之外，另一种可能(néng)就是人类对引力(lì)的(de)理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的(de)工作方(fāng)式是(shì)不同的，这(zhè)意味着(zhe)在(zài)行星(xīng)系(xì)尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨道(dào)，按照我们(men)所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动。但是上(shàng)升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间的(de)相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在(zài)星系团之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了外部(bù)场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的(de)是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之(zhī)间会(huì)产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需要(yào)对现在的(de)物理定律进(jìn)行(xíng)修(xiū)正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关于(yú)暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这(zhè)些理论(lùn)证据是(shì)蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类(lèi)似这样的星团，它(tā)们大(dà)部分的普通质量都(dōu)在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质(zhì)量将位于所有这些气体所在的(de)中(zhōng)间区(qū)域。那(nà)么我们通过什么来验(yàn)证它的质量区域(yù)到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的(de)高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系(xì)似乎(hū)被拉伸(shēn)产生了巨大(dà)的形变。其实这些(xiē)星系本身(shēn)并(bìng)不是真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被(bèi)一(yī)个(gè)质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量的东西的引(yǐn)力，会(huì)使身(shēn)后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的(de)光都发生(shēng)了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子弹星系(xì)团观(guān)测的(de)时候(hòu)，发现(xiàn)它(tā)的大质量区域(yù)并不(bù)是在中(zhōng)间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释(shì)方法(fǎ)就是(shì)当星团发(fā)生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到(dào)的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了(le)引(yǐn)力透镜。对子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存在(zài)的迄(qì)今为止最好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可(kě)见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万(wàn)分(fēn)之一。

科(kē)学家们(men)通过对前景背景(jǐng)分离后的二值图像进行连(lián)通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没(méi)有暗物质(zhì)，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随着(zhe)暗物质的(de)增加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗(àn)物质大约是(shì)普通物质的(de)5倍。这(zhè)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(de)。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了一个(gè)简单的亚洲48个国家的名字，亚洲包含哪几个国家组成(de)理论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他(tā)的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来相互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于(yú)找到(dào)了暗(àn)物质存在的(de)实际(jì)证据。这种粒子到底是(shì)什(shén)么？科学家们已经(jīng)提(tí)出了(le)数十种的假想目(mù)标(biāo)，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子(zi)所需(xū)要的实验方式也不(bù)相同。在过去的几十(shí)年(nián)当中，人类为了寻找这些看(kàn)不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进(jìn)行了超过50次(cì)的实验，却(què)没(méi)有任(rèn)何实质性的发(fā)现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测(cè)器(qì)，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子(zi)的周期(qī)性(xìng)震荡。

自(zì)1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年(nián)都是一样。一些科(kē)学家认为这可(kě)能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质(zhì)会产(chǎn)生周期性的(de)年(nián)度(dù)信(xìn)号(hào)呢？刚(gāng)才(cái)我们(men)讲了太阳(yáng)系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕着银河系(xì)进行移动，那么如(rú)果暗物质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在(zài)以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿越着(zhe)暗物质流(liú)，这个过程中会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河(hé)系的方向是(shì)一致的，而(ér)另外(wài)半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全(quán)一致，这是(shì)理论(lùn)上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对(duì)银河(hé)系的平面呈(chéng)现了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以(yǐ)用来解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然(rán)也(yě)可能有其他的(de)情况，造(zào)成这(zhè)种(zhǒng)年(nián)度周(zhōu)期信号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚(shèn)至连意大利(lì)游(yóu)客的数量也符合这(zhè)个周期的(de)规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学(xué)家(jiā)们又在南半(bàn)球建(jiàn)立了(le)一个几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这里(lǐ)的季(jì)节与之前(qián)的实验室正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过暗物(wù)质流的运(yùn)动特征和(hé)第一个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这(zhè)里(lǐ)可以(yǐ)得到(dào)相同的(de)信号，就可以成为暗物(wù)质所(suǒ)存在的非常有力的(de)证(zhèng)据了。但(dàn)是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截(jié)至目前(qián)还无法提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台(tái)太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的(de)宽视场仪器提供(gōng)的(de)视野是哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能(néng)拭(shì)目以待了。费米实(shí)验(yàn)室(shì)粒子天体物理中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥(yōng)有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗(àn)物(wù)质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个(gè)重要(yào)因素。

如果这一(yī)理论(lùn)得到进一步的证实，那(nà)么遍布(bù)宇(yǔ)宙(zhòu)当中的(de)暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上(shàng)，暗(àn)物质(zhì)正在通过这样的效(xiào)应创造(zào)生命(mìng)。当(dāng)然(rán)，这些(xiē)推论的大前(qián)提是要(yào)先找到暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物(wù)质到(dào)底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你的(de)支持是我更新的动力！

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