宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在的(de)证(zhèng)据(jù)，科学家们在过去的(de)几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有(yǒu)效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了(le)万(wàn)有引力定律，它(tā)揭示了(le)宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某(mǒu)些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的(de)时候，他们(men)就(jiù)会知道，周(zhōu)围一定(dìng)有(yǒu)未知的天体通(tōng)过引力(lì)在摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天(tiān)王星(xīng)运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了(le)海王星(xīng)的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引力(lì)定律所取得重大天(tiān)文成就的(de)例子。但是(shì)这些发现都是在(zài)恒星(xīng)系统的尺度当中，可当(dāng)我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在(zài)研究和测量后发星(xīng)系团的(de)质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星系(xì)所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星(xīng)系团的质量一般(bān)会使用到两种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第(dì)一种是获得(dé)其"光(guāng)度学的(de)质量"，需要的(de)数(shù)据是测量各个(gè)星系的光(guāng)度(dù)。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质量的计算，是(shì)利用光(guāng)谱红移测量星系(xì)团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的(de)运(yùn)动速度。当测量结(jié)果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存在(zài)，我们无法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基发现星(xīng)系团中很多(duō)星系的速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被(bèi)抛出星系(xì)团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量(liàng)在(zài)起作用(yòng)，这种力量(liàng)来源(yuán)于某(mǒu)种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不(bù)可见的(de)暗(àn)质，它不(bù)发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人们(men)对(duì)这样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个(gè)词才再(zài)一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在观(guān)测仙(xiān)女座星系中(zhōng)的恒(héng)星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中心越远的恒星(xīng)在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测(cè)的结果却让人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保持不(bù)变(biàn)。可(kě)是根(gēn)据牛(niú)顿的万(wàn)有引力定律，在(zài)星系当中(zhōng)如果没有足够大(dà)的(de)质量来(lái)吸引它们，这些外(wài)围(wéi)的恒星早(zǎo)就(jiù)被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家们(men)会使用一种(zhǒng)相对(duì)标准的方(fāng)法(fǎ)来(lái)解(jiě)释暗(àn)物质的存在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如(rú)果出(chū)现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物(wù)质(zhì)的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜测(cè)量了距(jù)离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发(fā)现它(tā)们的(de)旋转速度并不符合(hé)牛(niú)顿(dùn)的(de)力学(xué)定(dìng)律。我(wǒ)们的(de)太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系(xì)的第三悬(xuán)臂(bì)之上，距离银(yín)河(hé)系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速(sù)度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速(sù)度，那么产生以上这种向(xiàng)心加(jiā)速度的原因(yīn)很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质的(de)引(yǐn)力效(xiào)应将星系聚(jù)集(jí)在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的(de)研究(jiū)人(rén)员开始相信(xìn)暗(àn)物(wù)质的存在。科学家(jiā)根据(jù)星系外(wài)恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系(xì)当中暗物质(zhì)的(de)质量(liàng)占整个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个(gè)现象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎(hū)没有引力效应的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也(yě)会(huì)出现速度上的微小差(chà)异。另外，天文(wén)学家还发(fā)现(xiàn)了一(yī)个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多(duō)，但是星系当中存(cún)在(zài)的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该(gāi)星(xīng)系必(bì)须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离(lí)析。但(dàn)是科(kē)学家们使(shǐ)用最先(xiān)进的(de)望远镜(jìng)对其进行了40个小(xiǎo)时(shí)的详细测量之后，发(fā)现星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动是可以用正常(cháng)的(de)物质和力学定(dìng)律来解(jiě)释的。那么又有人提出(chū)，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被(bèi)附近的另一个(gè)大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任(rèn)何星系存在。造成这些(xiē)现象的(de)除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说(shuō)之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力(lì)的理解(jiě)还不够全面，引力很(hěn)可能(néng)在不同(tóng)尺度空间(jiān)中的工作方式是不同(tóng)的(de)，这意(yì)味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式(shì)运动。但(dàn)是上(shàng)升(shēng)到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的(de)相互作用则是不(bù)同的方式。对(duì)于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了外(wài)部场效应的概念(niàn)，指的是在数(shù)百万光年的规模(mó)上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结(jié)。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质存在的(de)其(qí)他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光年的(de)子弹星(xīng)系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类(lèi)似这样(yàng)的星(xīng)团(tuán)，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的(de)气体当中(zhōng)。当(dāng)星(xīng)团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞(zhuàng)的(de)时候，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致温度(dù)的(de)急剧升高，速度(dù)大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系(xì)团(tuán)大部分的质(zhì)量将位于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所在的(de)中(zhōng)间区域。那么我们通过(guò)什么来验(yàn)证它的质量(liàng)区域到底是不是集(jí)中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照(zhào)片中我们(men)可以明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大(什么是狗啃式刘海，什么是狗啃式刘海发型dà)的形变(biàn)。其实(shí)这些星系本身(shēn)并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上的观测(cè)者之间(jiān)。被一个质(zhì)量超级巨(jù)大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨(jù)大(dà)的(de)天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质(zhì)。

所以当(dāng)人们对(duì)子(zi)弹星系(xì)团观测(cè)的时候，发现它的大质量区域并不是(shì)在中间，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以最(zuì)好的(de)解(jiě)释方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到(dào)的质量气(qì)体被卡在了(le)中间，暗物(wù)质(zhì)则(zé)直接通过了(le)这个区域，并在两边(biān)形成(chéng)了(le)引力透(tòu)镜。对子弹星系(xì)团的(de)引力透镜研究(jiū)也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地(dì)穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间(jiān)背景(jǐng)上留下了各相(xiāng)同性的微波辐(fú)射。其中红色的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的(de)温差只有万分之一(yī)。

科学家们(men)通过对(duì)前(qián)景背(bèi)景分离后的二值图像进行(xíng)连通域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的(de)，而随着暗物质的(de)增加，一(yī)些峰值(zh什么是狗啃式刘海，什么是狗啃式刘海发型í)的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐射的(de)测量值(zhí)，我们(men)需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释(shì)星(xīng)系当中恒星运(yùn)动所(suǒ)需(xū)要的暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的(de)理论(lùn)框架，就很(hěn)好地解释了很(hěn)多不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗(àn)物(wù)质的本(běn)质就是(shì)宇宙当中存(cún)在着某(mǒu)种类(lèi)型的粒子，它们不参(cān)与(yǔ)任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物(wù)质存在的实际(jì)证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底是什(shén)么？科学(xué)家们已经(jīng)提出了数十种的假想目(mù)标(biāo)，而(ér)要寻(xún)找这些(xiē)不(bù)同的目标粒子所需要的实验方式(shì)也不相同。在过(guò)去的(de)几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为了(le)寻找这(zhè)些看(kàn)不(bù)见、摸不到，几乎不会(huì)与常(cháng)规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过(guò)50次(cì)的实验，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层(céng)楼高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家(jiā)声称观测到了(le)某种信号。经(jīng)过了(le)20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个(gè)有趣的事情。探(tàn)测率会在每年(nián)的(de)6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年当中每(měi)年都(dōu)是一(yī)样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗(àn)物质的(de)第一(yī)个直接(jiē)证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生(shēng)周期性的(de)年度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行(xíng)移动(dòng)，那么如果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样(yàng)的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕(rào)太(tài)阳进行(xíng)旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的时(shí)间，地(dì)球(qiú)围绕太(tài)阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕银河系的方向(xiàng)是(shì)一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份(fèn)的(de)时(shí)候，地球(qiú)与太阳的(de)方向(xiàng)正好达(dá)到完(wán)全一(yī)致，这是理论上地(dì)球(qiú)穿(chuān)越暗物质(zhì)流最快的(de)时段。而在11月(yuè)份，又恰好达(dá)到了最(zuì)慢(màn)值。尽管在实(shí)际的情况中(zhōng)，太阳系相对(duì)银河系(xì)的平面呈现了(le)60度的(de)倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这可(kě)以用来解释，研(yán)究人员们所观测到(dào)的周期(qī)性(xìng)信号(hào)。当然也可(kě)能有(yǒu)其他的情况，造成(chéng)这种年度(dù)周期信号(hào)的差异也可能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这(zhè)个周期的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又在(zài)南半(bàn)球建立了一(yī)个几(jǐ)乎相同的(de)实验室，这里的季(jì)节(jié)与之前的实验室正好相(xiāng)反，而(ér)在这(zhè)里，地球穿过暗(àn)物(wù)质流的运(yùn)动特征和第一个实验室(shì)是(shì)一样的。

因此，如果在(zài)这里可以得(dé)到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所存(cún)在的非常有力(lì)的证据了。但(dàn)是由于这个(gè)实(shí)验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目(mù)前还(hái)无法提供相应的数据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关(guān)键(jiàn)的(de)用途就是探索暗(àn)物(wù)质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测的结(jié)果，我们只能拭目以待(dài)了(le)。费米实验室(shì)粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化(huà)的一个(gè)重要因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得(dé)到进(jìn)一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味(wèi)着人类并(bìng)不(bù)孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造(zào)生命。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大前(qián)提是要先(xiān)找到(dào)暗物质(zhì)存(cún)在的实(shí)际证据(jù)。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持(chí)是我更新的动力！

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