宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无(wú)法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人类为(wèi)了寻(xún)找(zhǎo)暗物(wù)质(zhì)存在的证据，科学(xué)家们在过去的几十年当(dāng)中进行(xíng)了超过50次的长期(qī)实验，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它(tā)揭示了宇宙中(zhōng)天体运动(dòng)的规(guī)律。往后的几百年来，当天文(wén)学(xué)家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力(lì)定律的(de)时候(hòu)，他们就会(huì)知道(dào)，周围一定有未知的天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发(fā)现了海(hǎi)王星的(de)存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用(yòng)万有引力定律所取得重大天文成就的(de)例(lì)子。但(dàn)是这(zhè)些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当我们上(shàng)升到星系(xì)或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹威基正在研究和测量后发星(xīng)系团(tuán)的质量。这是一个由(yóu)数千个(gè)星系所组成(chéng)的巨大星(xīng)系团，这些(xiē)星系被引力(lì)束(shù)缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一般会(huì)使用(yòng)到两种方法，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可以确定其(qí)质量的(de)范围。

第(dì)一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数(shù)据是测量(liàng)各个星(xīng)系的(de)光度。

第二种是动(dòng)力学(xué)质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星(xīng)系(xì)相对于星系团的运动速度。当测(cè)量(liàng)结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发座星(xīng)系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可(kě)见光(guāng)的(de)形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团(tuán)中(zhōng)很多星系(xì)的速(sù)度(dù)比理论上(shàng)要(yào)快得多(duō)，按照(zhào)牛顿的运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见(jiàn)星系的质量所产生(shēng)的引力是无(wú)法(fǎ)将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们(men)早就应该(gāi)被抛(pāo)出星系团(tuán)之外了(le)，除非有(yǒu)一(yī)种神(shén)秘的(de)力量在起作用，这(zhè)种力(lì)量(liàng)来(lái)源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样部(bù)分(fēn)不(bù)可(kě)见的(de)暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大(dà)部(bù)分的(de)质(zhì)量。只是当(dāng)时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文(wén)学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观(guān)测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的(de)运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观(guān)测的结(jié)果(guǒ)却(què)让人感到不可(kě)思(sī)议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿(dùn)的万有引力定律(lǜ)，在星(xīng)系当中如(rú)果没(méi)有(yǒu)足够大(dà)的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家(jiā)们(men)会使用一(yī)种相对标准的方法(fǎ)来解释(shì)暗物质的存(cún)在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测量(liàng)星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星(xīng)系中(zhōng)心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴上气体(t你有一双会说话的眼睛什么歌曲 你有一双会说话的眼睛是谁唱的ǐ)的旋转速度。如果出现异常的(de)结果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗(àn)物(wù)质的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于(yú)是(shì)科(kē)学家们(men)通过射电望(wàng)远镜测量了距离星(xīng)系中(zhōng)心更远距离(lí)的氢元素，发现(xiàn)它们(men)的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我们(men)的(de)太阳系也不例外，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离(lí)银(yín)河(hé)系中心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速(sù)度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的(de)速度(dù)围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速(sù)度(dù)远远大于理论速度(dù)，那么产生(shēng)以上这种向心加(jiā)速(sù)度(dù)的原(yuán)因很可能就是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效应将星系(xì)聚集在了一(yī)起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多(duō)的研(yán)究人员开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在(zài)星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在(zài)一项新的研(yán)究当中，科学(xué)家们发(fā)现(xiàn)，几(jǐ)乎(hū)没(méi)有引力效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数(shù)量却(què)只(zhǐ)有银(yín)河系的(de)千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在(zài)暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是(shì)科(kē)学家们使用(yòng)最先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详细测量之后(hòu)，发现星系中的(de)恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)是可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解释的(de)。那(nà)么又(yòu)有人提出，也许该(gāi)星系的(de)暗物质，已经被附近的另一个大星系剥(bō)离了(le)。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星系(xì)存在。造(zào)成(chéng)这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类(lèi)对引(yǐn)力的理解还不够全面(miàn)，引力(lì)很可能(néng)在(zài)不同尺度(dù)空间(jiān)中(zhōng)的工作方式是不同(tóng)的，这(zhè)意味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿着它们(men)的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运(yùn)动。但是(shì)上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不(bù)同的方(fāng)式(shì)。对(duì)于(yú)在星系(xì)团之(zhī)间的相互作用，科学(xué)家还引(yǐn)入了外部场效(xiào)应的(de)概念，指(zhǐ)的是(shì)在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味(wèi)着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也(yě)让很多人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的(de)星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它们大部分的普(pǔ)通质量都在(zài)星(xīng)系的(de)气体当中(zhōng)。当(dāng)星(xīng)团以1000万公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的相互作用(yòng)就(jiù)会(huì)导(dǎo)致(zhì)温度(dù)的急(jí)剧(jù)升高，速度(dù)大幅降低。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的(de)质量将(jiāng)位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区(qū)域。那么我们通(tōng)过(guò)什么(me)来(lái)验证它(tā)的质量(liàng)区域到(dào)底是不是集(jí)中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回(huí)了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地(dì)看(kàn)到很多星系似(shì)乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并(bìng)不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什么(me)问题，而(ér)是这(zhè)样极(jí)遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一(yī)个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的(de)光都发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个(gè)巨(jù)大(dà)的(de)天体可(kě)能是(shì)超(chāo)大质量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人们对子(zi)弹星系(xì)团(tuán)观测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测(cè)到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过(guò)了这个(gè)区(qū)域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹星系(xì)团的(de)引力透镜研究也被(bèi)认为是暗(àn)物质存在的迄今为(wèi)止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的(de)部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域(yù)，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之(zhī)一。

科(kē)学(xué)家们通过对前景背景分离后的二值(zhí)图像进行连通域提取和标记之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物(wù)质的增(zēng)加，一(yī)些峰(fēng)值的幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变得看起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景辐射(shè)的测量值，我们需(xū)要的暗物质大(dà)约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星(xīng)系(xì)当中恒星运动所需要的暗(àn)物质(zhì)比例是一致(zhì)的(de)。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了一个简单的(de)理论(lùn)框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解释了(le)很(hěn)多不同(tóng)的(de)观测结(jié)果(guǒ)。而(ér)暗(àn)物质的本质(zhì)就是(shì)宇宙当中存在(zài)着(zhe)某种(zhǒng)类(lèi)型的粒(lì)子，它们不(bù)参(cān)与(yǔ)任何其他(tā)的电磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来(lái)相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的(de)存在，就(jiù)相当于(yú)找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么(me)？科学家们已经提(tí)出了数十(shí)种的假想目(mù)标(biāo)，而要寻找这(zhè)些(xiē)不同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式(shì)也不相同。在(zài)过去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们已经进行(xíng)了超过(guò)50次的实验，却(què)没有任何实(shí)质性(xìng)的发(fā)现，除了一(yī)个地方，意(yì)大(dà)利的(de)格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探(tàn)测器，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了(le)一(yī)个有趣的事情(qíng)。探测率会(huì)在每年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家(jiā)认为(wèi)这可能是人(rén)类发现(xiàn)暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我(wǒ)们也(yě)在(zài)以这(zhè)样的速(sù)度在穿(chuān)越着暗物质流，这(zhè)个(gè)过(guò)程中会(huì)产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太(tài)阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。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河系的方向(xiàng)是一致的(de)，而(ér)另(lìng)外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时(shí)候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论(lùn)上地(dì)球穿越(yuè)暗物(wù)质流(liú)最快的(de)时段。而在11月份，又恰(qià)好达(dá)到了(le)最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈(chéng)现了(le)60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响这个理(lǐ)论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认为这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研(yán)究(jiū)人员们所观测到的周期(qī)性信(xìn)号(hào)。当然(rán)也(yě)可能有其他的情况，造(zào)成(chéng)这种年度周期信号的差异也(yě)可(kě)能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量(liàng)也符合(hé)这个(gè)周期(qī)的规律。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在南半球建(jiàn)立了(le)一个几乎相同的实(shí)验室(shì)，这里(lǐ)的季节与之前(qián)的(de)实(shí)验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在(zài)这里可以得到相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非(fēi)常有力(lì)的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截至目(mù)前(qián)还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的(de)望远镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪(yí)器提(tí)供(gōng)的(de)视野是(shì)哈勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途(tú)就是探(tàn)索暗(àn)物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中心的(de)科学(xué)家丹(dān)琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥(yōng)有另一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是(shì)生命进化的(de)一个(gè)重要因(yīn)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暗(àn)物质会不会意味着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落(luò)的行星上(shàng)，暗物(wù)质正(zhèng)在通(tōng)过这(zhè)样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们(men)，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持(chí)是我更新的(de)动力(lì)！

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