宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟是(shì)什么？人类为(wèi)了寻(xún)找暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的证(zhèng)据，科学家们在过去(qù)的几十年当(dāng)中(zhōng)进行(xíng)了(le)超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的(de)自然(rán)哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示(shì)了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运(yùn)动(dòng)的(de)规律。往后的几百年来(lái)，当天(tiān)文学家们(men)发(fā)现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万(wàn)有引(yǐn)力定律的(de)时候，他们就会知(zhī)道(dào)，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道(dào)的异(yì)常，推算并(bìng)且发现了海王星的(de)存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律(lǜ)所取得重(zhòng)大天(tiān)文成就的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到(dào)星系或者是星团的尺度(dù)，事情就开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究和测量后发星系团(tuán)的质(zhì)量。这是(shì)一个由(yóu)数(shù)千个星系所组成的巨大(dà)星系(xì)团(tuán)，这(zhè)些星系(xì)被(bèi)引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量一(yī)般会使用(yòng)到两种方法，当两种方法结(jié)果一致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一(yī)种是获得(dé)其"光(guāng)度学的质量"，需要的数(shù)据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力(lì)学质量的计算(suàn)，是利用光谱红(hóng)移(yí)测量(liàng)星(xīng)系团(tuán)中的各个星系相对(duì)于星系(xì)团的运动速度。当测(cè)量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见光的形(xíng)式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的(de)过(guò)程中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系(xì)团中很多(duō)星系的速度比理论(lùn)上要快(kuài)得(dé)多，按照牛(niú)顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚(fù)在星(xīng)系团内的(de)，它们(men)早(zǎo)就应(yīng)该被抛出星系团(tuán)之外了(le)，除非(fēi)有一(yī)种神秘的力量在起作(zuò)用，这(zhè)种力量来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是(shì)它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人(rén)们对这(zhè)样(yàng)的一(yī)种说法(fǎ)不屑(xiè)一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观(guān)测仙女(nǚ)座(zuò)星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的(de)运行速度(dù)就会越慢。但是(shì)他(tā)们观测的(de)结果(guǒ)却让人(rén)感到不可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们(men)，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于(yú)这(zhè)种现象，科学家们会使用一种相对(duì)标准的方(fāng)法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上距(jù)离星系中(zhōng)心的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋(xuán)转速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的(de)力量进入其(qí)中。

于是科(kē)学家们(men)通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系(xì)的(de)运行速(sù)度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度(dù)，那么(me)产生以(yǐ)上这(zhè)种向心加速度的原因很可能(néng)就是存在着一种我们看不到(dào)的物质，是(shì)这(zhè)些(xiē)暗物质的引力(lì)效(xiào)应将(jiāng)星系聚集(jí)在了一(yī)起。

也是从这时开始，越(yuè)来(lái)越多(duō)的(de)研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的(de)速度，估算在(zài)星系(xì)当(dāng)中暗物(wù)质的质(zhì)量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一(yī)可(kě)以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出现速度上的(de)微小(xiǎo)差(chà)异(yì)。另外，天文(wén)学(xué)家还发现(xiàn)了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大小和(hé)银河系不多(duō)，但是星系当中(zhōng)存在的恒(héng)星(xīng)数量却(què)只有银河系的(de)千分(fēn)之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就(jiù)会(huì)分崩(bēng)离析。但是科学(xué)家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细测量(liàng)之后，发(fā)现星系(xì)中的恒(héng)星运(yùn)动是(shì)可以用正常的物质和(hé)力(lì)学定(dìng)律(lǜ)来解(jiě)释(shì)的。那么又有人提出，也许(xǔ)该(gāi)星(xīng)系的暗物(wù)质，已经(jīng)被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些(xiē)现(xiàn)象的除(chú)了(le)暗物质(zhì)的(de)假说之外，另(lìng)一种可(kě)能就(jiù)是(shì)人(rén)类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不(bù)同(tóng)尺(chǐ)度空(kōng)间中的(de)工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解(jiě)的方式(shì)运动(dòng)。但是上升到星系(xì)和星团(tuán)的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的方式(shì)。对(duì)于在星(xīng)系团之间的(de)相互作用，科学(xué)家(jiā)还引入了外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模(mó)上，巨大的质(zhì)量(liàng)之(zhī)间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着(zhe)我们(men)需(xū)要对现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的(de)其他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没法解(jiě)释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这(zhè)样的星团，它们大部(bù)分(fēn)的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互(hù)作用就会(huì)导致(zhì)温度的急剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所有这些气体所在(zài)的中间区(qū)域。那么我们通过什(shén)么来验证它的(de)质量区域到(dào)底(dǐ)是(shì)不是集中在(zài)中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可(kě)以明显地(dì)看到(dào)很多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而(ér)是这样极遥远的天体和我们(men)地球(qiú)上(shàng)的观测者之间(jiān)。被(bèi)一个质量超(chāo)级巨大的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超(chāo)大质(zhì)量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都发(fā)生(shēng)了扭曲(qū)。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个巨(jù)大的天体(tǐ)可能是超大质(zhì)量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就(jiù)是当星团(tuán)发(fā)生全部(bù)的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体(tǐ)被卡在(zài)了(le)中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质(zhì)存在的(de)迄今为(wèi)止最(zuì)好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙当中最古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光(guāng)终于可以畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景(jǐng)上留(liú)下了(le)各相同(tóng)性的微波辐射。其中(zhōng)红色(sè)的(de)部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的(de)区域(yù)，但实际上它们之间的温差(chà)只(zhǐ)有(yǒu)万分之一(yī)。

科学(xué)家们通过对(duì)前景背(bèi)景分离后的二值(zhí)图像进(jìn)行连通(tōng)域提取和标记(jì)之(zhī)后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图(tú)形看(kàn)起来(lái)不应该(gāi)是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐射(shè)的测量(liàng)值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解释(shì)星系当中恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)所需要(yào)的(de)暗物质(zhì)比例是一(yī)致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的(de)理论框架(jià)，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其他(tā)的电磁作(zuò)用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物(wù)质存在的(de)实际证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经(jīng)提(tí)出了数十种的(de)假想目标(biāo)，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子(zi)所需要的实(shí)验(yàn)方(fāng)式(shì)也不相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的(de)“暗物(wù)质”，科学家们已经进(jìn)行(xíng)了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的(de)发现，除了(le)一(yī)个地方(fāng)，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏(cáng)着(zhe)地球上最(zuì)大的地(dì)学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼高(gāo)的探(tàn)测(cè)器，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质粒子的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声(shēng)称俄罗斯女人能接受多少公分长度，俄罗斯人的尺寸是多少厘米观测到了某(mǒu)种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们(men)发(fā)现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率(lǜ)会在每年(nián)的6月(yuè)份达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当(dāng)中每年(nián)都是一样。一些科学家认为这可(kě)能(néng)是人类发现暗物质的(de)第一个直(zhí)接(jiē)证(zhèng)据(jù)。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕(rào)着(zhe)银(yín)河系(xì)进行(xíng)移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也(yě)在以这(zhè)样的速度(dù)在(zài)穿越着暗(àn)物质流，这个过(guò)程中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡(dàng)，同时(shí)地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方(fāng)向是一(yī)致(zhì)的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地(dì)球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不(bù)影响(xiǎng)这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认(rèn)为(wèi)这可以用来解释，研(yán)究(jiū)人(rén)员(yuán)们(men)所观测(cè)到(dào)的(de)周(zhōu)期性信(xìn)号(hào)。当(dāng)然也可(kě)能(néng)有其他的情况，造成这种年(nián)度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数(shù)量也(yě)符(fú)合这个(gè)周期的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在南半(bàn)球建立了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同(tóng)的实验(yàn)室，这里的季节与之(zhī)前的实验(yàn)室正好(hǎo)相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的(de)运动特征和(hé)第一个实验室是一样的(de)。

因(yīn)此，如(rú)果在这(zhè)里可以得到(dào)相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无(wú)法提供(gōng)相(xiāng)应的数(shù)据支(zhī)持(chí)。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗(luó)曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器提供的视(shì)野(yě)是哈(hā)勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜(jìng)其中(zhōng)一个关键(jiàn)的(de)用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质(zhì)背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验室(shì)粒(lì)子俄罗斯女人能接受多少公分长度，俄罗斯人的尺寸是多少厘米天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存(cún)在，它们(men)极有(yǒu)可(kě)能拥有另一种神秘(mì)的效(xiào)应，这种暗物(wù)质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生(shēng)命进化的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造生(shēng)命。当然，这些推论(lùn)的(de)大前提是(shì)要先找到暗物质存在(zài)的(de)实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的(de)支持(chí)是我更新的动力(lì)！

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