宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证据，科学(xué)家们在过去(qù)的几十(shí)年当中进行了(le)超过50次的长期(qī)实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年出(chū)版的(de)自然哲学数学(xué)原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律，它揭示(shì)了(le)宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往后的几(jǐ)百年来(lái)，当天文学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不(bù)符合万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未知的(de)天体通过引力(lì)在摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就通过天王星(xīng)运(yùn)行轨道的异(yì)常(cháng)，推算(suàn)并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重大(dà)天文成就的例子(zi)。但是这(zhè)些发现都是在(zài)恒(héng)星系统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我(wǒ)们(men)上(shàng)升到星(xīng)系或者是(shì)星团的(de)尺(chǐ)度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量(liàng)后发星(xīng)系团的质(zhì)量(liàng)。这是一(yī)个由数千(qiān)个星系(xì)所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系团的质量一(yī)般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致(zhì)，就可以确定其质量(liàng)的范(fàn)围(wéi)。

第一种是获得其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要的(de)数(shù)据是(shì)测(cè)量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利(lì)用光谱红移测量星系团中的(de)各个星系(xì)相(xiāng)对于(yú)星(xīng)系团的运(yùn)动速度。当(dāng)测量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的(de)质量(liàng)消(xiāo)失(shī)了(le)，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到(dào)。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测量(liàng)速度(dù)的过(guò)程中，兹威基发现星系团中很多星系的(de)速(sù)度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们(men)早就应该被(bèi)抛(pāo)出(chū)星系团之外了，除非有一种神(shén)秘的力(lì)量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量(liàng)来源于(yú)某(mǒu)种隐形的(de)物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分(fēn)的质(zhì)量。只是(shì)当时(shí)的人们(men)对这样的(de)一(yī)种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词(cí)才再一次出(chū)现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的(de)恒(héng)星运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距离中心越(yuè)远的(de)恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观(guān)测的结果(guǒ)却让人感到不(bù)可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当中如(rú)果(guǒ)没有足(zú)够大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科(kē)学家们会(huì)使用(yòng)一种相对标准的(de)方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的存在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量(liàng)星系当(dāng)中气体在(zài)X轴(zhóu)上距(jù)离星系(xì)中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出现异(yì)常的结(jié)果，就认为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通(tōng)过(guò)射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更(gèng)远距(jù)离(lí)的氢元素，发现它(tā)们(men)的旋转速度(dù)并不(bù)符合牛顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也不(bù)例(lì)外(wài)，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离(lí)银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据万有引力(lì)定律进行计算，太(tài)阳系(xì)的运行速度(dù)应(yīng)该是(shì)160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么(me)产(chǎn)生以上这种向心(xīn)加(jiā)速(sù)度的原因很可能就是存在(zài)着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到(dào)的(de)物质，是(shì)这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚(jù)集在了(le)一起。

也是从这(zhè)时开始(shǐ)，越来越多的(de)研究人员(yuán)开始相信(xìn)暗物质的存在(zài)。科学(xué)家(jiā)根(gēn)据星系(xì)外恒(héng)星轨道的速度，估(gū)算在星系(xì)当中暗物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一可以解释这个现象的原因。在(zài)一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小差异(yì)。另外，天(tiān)文学(xué)家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小和银河(hé)系(xì)不多，但是(shì)星系(xì)当(dāng)中存在的恒星数(shù)量(liàng)却(què)只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论(lùn)上，该(gāi)星系必须(xū)存在暗(àn)物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的(de)恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和力学(xué)定律来(lái)解释(shì)的(de)。那(nà)么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附(fù)近(jìn)没有(yǒu)任何星(xīng)系(xì)存(cún)在。造(zào)成(chéng)这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物质的(de)假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能在(zài)不同尺度(dù)空间中的工作方式是不同(tóng)的，这(zhè)意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着它(tā)们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上(shàng)升(shēng)到星系和星团的(de)尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相互作用(yòng)则是不(bù)同的方式。对于在星系团(tuán)之(zhī)间的相互(hù)作用，科学家还(hái)引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大的(de)质量(liàng)之间会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要对现(xiàn)在的物(wù)理定(dìng)律进行修(xiū)正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论(lùn)就(jiù)此(cǐ)终结。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还(hái)有关于(yú)暗物质存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据(jù)是(shì)蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光(guāng)年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类似这样的星团，它们大(dà)部(bù)分(fēn)的普通质量都(dōu)在星(xīng)系的气(qì)体当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体的(de)相(xiāng)互作用就(jiù)会导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所有这些(xiē)气体所(suǒ)在(zài)的(de)中间区域。那(nà)么我们通(tōng)过(guò)什么来验证它的(de)质量区域到底(dǐ)是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第(dì)一张全彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在(zài)照(zhào)片中(zhōng)我们(men)可以明显地看(kàn)到很(hěn)多(duō)星系似乎(hū)被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大(dà)的形(xíng)变(biàn)。其实这些星系(xì)本身并不是真的(de)被扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远镜出了什(shén)么问题(tí)，而(ér)是(shì)这(zhè)样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光(guāng)都发生(shēng)了(le)扭曲(qū)。这个现象就是引力(lì)透(tòu)镜效应(yīng)。这(zhè)个(gè)巨大的天体(tǐ)可能是超(chāo)大质量的(de)黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当(dāng)人(rén)们对(duì)子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)观测的(de)时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量区域并不(bù)是(shì)在中间，而(ér)是在(zài)两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是(shì)当星(xīng)团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则(zé)直接通过(guò)了(le)这个(gè)区域，并在两边(biān)形(xíng)成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的引力透镜研究也被(bèi)认(rèn)为(wèi)是暗(àn)物质存在的迄今为止最好(hǎo)的(de)理论(lùn)证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿(yì)年之后，这些光在(zài)宇宙空(kōng)间(jiān)背(bèi)景(jǐng)上留下了(le)各(gè)相同性的(de)微(wēi)波辐(fú)射(shè)。其中红色(sè)的部分表示温(wēn)度较高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表示相对(duì)较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的(de)温(wēn)差(chà)只有万分之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对(duì)前景背景分离(lí)后的(de)二(èr)值图(tú)像(xiàng)进行连通域提取和标记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙当中没(méi)有暗(àn)物(wù)质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增(zēng)加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通(tōng)物质(zhì)的(de)5倍。这个数(shù)字与解释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运(yùn)动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的(de)。这就意(yì)味(wèi)着。

用了(le)一(yī)个简单的理论框架，就很好地(dì)解释了(le)很多(duō)不同的(de)观测(cè)结果。而暗物质(zhì)的(de)本质(zhì)就是宇宙当中存(cún)在(zài)着某种类型的粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任何(hé)其他的电(diàn)磁作用，只通(tōng)过引力来相互(hù)作用(yòng)。所以如(rú)果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科(kē)学(xué)家们(men)已经提出了(le)数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的(de)实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了(le)寻找这(zhè)些(xiē)看(kàn)不见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没(méi)有任(rèn)何实(shí)质性的发(fā)现(xiàn)，除了(le)一个(gè)地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏(cáng)着地球上(shàng)最大(dà)的地学实验室，这个(gè)实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数据(jù)收集，人们发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达(dá)到峰值，然(rán)后(hòu)在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且(qiě)在(zài)20年当中(zhōng)每年都是一(yī)样旖旎是什么意思解释，风光旖旎是什么意思解释(yàng)。一些(xiē)科学家认为这可能是人类发现暗物(wù)质的第(dì)一个(gè)直接证据。

但是为什(shén)么(me)暗物(wù)质会产生(shēng)周期性的年度(dù)信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进(jìn)行移动，那么(me)如(rú)果暗物质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味(wèi)着我们也在以这样的速度(dù)在穿(chuān)越(yuè)着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同时(shí)地(dì)球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年(nián)的时间，地球(qiú)围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河(hé)系的(de)方(fāng)向是一致(zhì)的(de)，而(ér)另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候(hòu)，地球(qiú)与(yǔ)太阳(yáng)的方向正(zhèng)好(hǎo)达(dá)到(dào)完全(quán)一致，这是理论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到(dào)了最(zuì)慢(màn)值。尽管在(zài)实(shí)际的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个(gè)理论的(de)有效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释，研(yán)究人员们所观测到的周期(qī)性(xìng)信号。当(dāng)然(rán)也可能(néng)有其他(tā)的情况，造成这种年度(dù)周(zhōu)期信号的差异也(yě)可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积(jī)雪，甚至连(lián)意(yì)大利游(yóu)客的数量(liàng)也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球(qiú)建立了一个(gè)几(jǐ)乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这(zhè)里的(de)季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第(dì)一(yī)个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同的(de)信号(hào)，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的(de)望(wàng)远镜，这(zhè)台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的(de)宽(kuān)视(shì)场(chǎng)仪(yí)器提(tí)供的视(shì)野是(shì)哈勃红外仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其(qí)中(zhōng)一个关键的(de)用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目(mù)以待了。费米(mǐ)实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特芬研究(jiū)发(fā)现，如果暗(àn)物质存在，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的(de)效应(yīng)，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或(huò)者说是生命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的(de)暗物质会(huì)不会意味着人类并不(bù)孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落(luò)的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创造(zào)生命(mìng)。当然，这些推论(lùn)的(de)大(dà)前提(tí)是要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在的实(shí)际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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