宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会(huì)存(cún)在科学无法解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质(zhì)存在的证据，科学(xué)家们(men)在过(guò)去的几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出版的(de)自(zì)然(rán)哲学数学(xué)原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当天文学家们发现(xiàn)某(mǒu)些天(tiān)体运行轨道出(chū)现(xiàn)异常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在(zài)摄动(dòng)它(tā)的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天王星(xīng)运行轨道(dào)的异常(cháng)，推算(suàn)并且发(fā)现了(le)海(hǎi)王(wáng)星(xīng)的(de)存(cún)在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发(fā)现都是(shì)应用(yòng)万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是(shì)在恒星系(xì)统的(de)尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们上(shàng)升(shēng)到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在(zài)研究(jiū)和测(cè)量(liàng)后发星(xīng)系(xì)团(tuán)的质量。这是一个(gè)由数(shù)千个星系(xì)所组成(chéng)的巨大(dà)星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的(de)质量一(yī)般会使用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学(xué)的质量(liàng)"，需要的(de)数据(jù)是测量各个星(xīng)系的光度。

第二(èr)种是动(dòng)力学(xué)质(zhì)量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团(tuán)中的各个星(xīng)系相对(duì)于(yú)星系团的运(yùn)动速度。当测量(liàng)结果出(chū)来之后，兹威(wēi)基(jī)彻(chè)底懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可(kě)见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，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(men)束(shù)缚在星系团(tuán)内的，它们早(zǎo)就应该被(bèi)抛出星(xīng)系(xì)团之外了(le)，除(chú)非(fēi)有一种神秘的(de)力量在起作用(yòng)，这种力量(liàng)来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样(yàng)部分(fēn)不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据(jù)着(zhe)宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分(fēn)的质量。只是当(dāng)时的人(rén)们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再(zài)一(yī)次出现(xiàn)。天(tiān)文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离(lí)中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度(dù)就会(huì)越慢。但是他们观(guān)测的结果(guǒ)却让人感到不可思议(yì)。

随着与中心(xīn)距(jù)离的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎(hū)保(bǎo)持(chí)不变。可是根据(jù)牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如(rú)果没有足够(gòu)大的质量来(lái)吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学(xué)家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测量星系当中气(qì)体在(zài)X轴上距离星系中(zhōng)心的(de)距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的(de)力(lì)量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更(gèng)远距离的氢(qīng)元素，发现它们(men)的旋转速(sù)度并不符合牛顿的(de)力学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系(xì)也不例(lì)外(wài)，太阳系位(wèi)于银河(hé)系的第(dì)三悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上(shàng)这种(zhǒng)向心(xīn)加(jiā)速度的原因(yīn)很(hěn)可(kě)能就(jiù)是存在(zài)着一种我们(men)看不到的(de)物质(zhì)，是这(zhè)些暗物(wù)质的引力效应将(jiāng)星系(xì)聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的(de)研究(jiū)人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒(héng)星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的(de)质量占整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一可以解(jiě)释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们(men)发现，几乎没有引力(lì)效应的(de)遥远恒星(xīng)之间，也会(huì)出(chū)现(xiàn)速度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现了一个(gè)反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河(hé)系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系(xì)的千分(fēn)之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就(jiù)会(huì)分(fēn)崩离(lí)析。但是(shì)科学家们(men)使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后(hòu)，发现星系中(zhōng)的(de)恒星(xīng)运动是(shì)可以(yǐ)用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的(de)。那么(me)又有人提(tí)出，也(yě)许(xǔ)该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近(jìn)的(de)另一个大星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的是，它(tā)的附近没有(yǒu)任(rèn)何星系存在。造(zào)成(chéng)这些现象的除(chú)了(le)暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还不(bù)够全面，引(yǐn)力(lì)很可能在不(bù)同尺度空间中的工(gōng)作方式(shì)是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中(zhōng)的天体会沿(yán)着它们(men)的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但(dàn)是(shì)上升到星系和(hé)星团的尺度(dù)，引(yǐn)力之(zhī)间的相互作用则是不(bù)同的方式。对(duì)于在星系(xì)团之间的相互作用，科学家(jiā)还引入(rù)了外部(bù)场效(xiào)应的概(gài)念，指大学几乎都开过房，大学谈恋爱的都开过房吗的是(shì)在数百(bǎi)万(wàn)光年(nián)的规模(mó)上，巨(jù)大(dà)的质(zhì)量之间会产生(shēng)对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意(yì)味着我们需要对现在的(de)物理定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些(xiē)发(fā)现也让很多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗物质存(cún)在的(de)其(qí)他的理论证据，这些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的(de)子弹星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星(xīng)团，它们(men)大部分的普通质量(liàng)都在(zài)星(xīng)系的(de)气体当中。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升(shēng)高(gāo)，速(sù)度大幅(fú)降(jiàng)低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系团大部分(fēn)的(de)质量将位于所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那(nà)么我们通过什么(me)来验证它的质(zhì)量(liàng)区域(yù)到底是(shì)不(bù)是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们(men)可(kě)以明显地(dì)看到很多(duō)星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了(le)什么(me)问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会使身后(hòu)更(gèng)遥远(yuǎn)星系的(de)光都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个(gè)巨(jù)大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑(hēi)洞或(huò)者是(shì)暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现它的大质量区域并(bìng)不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以(yǐ)最好的(de)解(jiě)释方(fāng)法(fǎ)就是(shì)当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观(guān)测到的(de)质(zhì)量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个(gè)区(qū)域，并(bìng)在两边形成了(le)引力(lì)透镜(jìng)。对子弹(dàn)星(xīng)系团的引力(lì)透镜研(yán)究也被认为是暗物(wù)质(zhì)存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光(guāng)终(zhōng)于可(kě)以(yǐ)畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色(sè)的部分表示温(wēn)度较高(gāo)的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对(duì)前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形(xíng)看起来不(bù)应该(gāi)是(shì)这样的，而随着暗(àn)物质的(de)增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射的测量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质(zhì)大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系(xì)当中恒(héng)星(xīng)运动所需要的暗物质比例(lì)是一(yī)致的(de)。这就(jiù)意味(wèi)着。大学几乎都开过房，大学谈恋爱的都开过房吗>

用了一(yī)个简(jiǎn)单的理论框架，就很(hěn)好(hǎo)地解释了很(hěn)多不同的观测结果(guǒ)。而(ér)暗(àn)物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它(tā)们不参与(yǔ)任(rèn)何(hé)其(qí)他的电磁作用，只通过引力来(lái)相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们已经(jīng)提出(chū)了数十种的假想目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目(mù)标粒子(zi)所(suǒ)需要的实(shí)验(yàn)方(fāng)式(shì)也不相同。在(zài)过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了(le)一个地方(fāng)，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地(dì)学实验(yàn)室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测(cè)器，一(yī)直致力于寻找暗物(wù)质粒(lì)子(zi)的周期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学(xué)家声称观(guān)测到了某种信号(hào)。经过(guò)了20多年的数据收集(jí)，人(rén)们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样(yàng)。一(yī)些科学家认为这可能(néng)是人类发(fā)现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是为什么(me)暗物(wù)质(zhì)会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系(xì)进行(xíng)移动，那么如(rú)果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这样的速(sù)度(dù)在穿越着暗物质流，这个(gè)过(guò)程中会产(chǎn)生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银(yín)河系(xì)的方向是一致(zhì)的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在(zài)6月(yuè)份(fèn)的时(shí)候(hòu)，地球与太阳的(de)方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地球(qiú)穿越暗物质流最快的(de)时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系相对(duì)银河系的(de)平面呈现了60度的(de)倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科(kē)学家认为这(zhè)可以用来解释(shì)，研究人员们所观(guān)测到的(de)周(zhōu)期性信号(hào)。当(dāng)然也可(kě)能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度(dù)、土壤(rǎng)中的(de)水分、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意(yì)大利游客(kè)的数量也(yě)符合这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家们又在南(nán)半(bàn)球建(jiàn)立了一个几乎相同的(de)实验(yàn)室，这里的季(jì)节与之前(qián)的实验室正好相反，而在(zài)这里(lǐ)，地(dì)球穿(chuān)过暗物(wù)质流(liú)的运动(dòng)特征和第一个实(shí)验室是(shì)一样的(de)。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同的信号，就(jiù)可(kě)以成为暗物质(zhì)所存(cún)在的非(fēi)常(cháng)有(yǒu)力的证(zhèng)据了(le)。但是(shì)由于(yú)这个实验室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以截(jié)至目前还(hái)无法提(tí)供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关(guān)键的用途就是探(tàn)索暗物质背后的(de)奥秘，对于(yú)探测的(de)结果，我们只(zhǐ)能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进(jìn)化的(de)一个重要因素(sù)。

如果(guǒ)这一理论得到进一(yī)步(bù)的(de)证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会不会意(yì)味(wèi)着人类并(bìng)不孤(gū)单呢？或(huò)许在(zài)宇宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗物质正在大学几乎都开过房，大学谈恋爱的都开过房吗通过这(zhè)样的效应创造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物质存在(zài)的实际证据。那(nà)么(me)小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得暗(àn)物质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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