宇宙是(shì)“人为制造”的？为何(hé)会存在科学(xué)无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据(jù)，科学(xué)家们在(zài)过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任何的有效(xiào)证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来，当天文学(xué)家(jiā)们发现某些(xiē)天体运行轨道出现(xiàn)异(yì)常(cháng)，不(bù)符合(hé)万(wàn)有引力定律(lǜ)的时候(hòu)，他(tā)们就会知道，周围一定有未(wèi)知(zhī)的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过(guò)天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推算并(bìng)且发现了(le)海(hǎi)王(wáng)星的存在。另(lìng)外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引力定律所取得(dé)重(zhòng)大天文(wén)成(chéng)就的(de)例子。但(dàn)是这些发(fā)现都(dōu)是在恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些(xiē)星(xīng)系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般(bān)会使用到两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就可(kě)以(yǐ)确定其(qí)质量的范围(wéi)。

第(dì)一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的(de)光度。

第二种是动力学(xué)质量(liàng)的计算，是利(lì)用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运(yùn)动速度(dù)。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然是(shì)“光度学质(zhì)量”的(de)400倍。这意味着，后发座星(xīng)系(xì)团有(yǒu)99%的(de)质量(liàng)消失了，或(huò)者(zhě)说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡异的是(shì)，在测量速度(dù)的过程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系(xì)团中很多星(xīng)系的速度比(bǐ)理论(lùn)上要快(kuài)得多(duō)，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星(xīng)系的(de)质量所产生的(de)引力(lì)是无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出(chū)星(xīng)系(xì)团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于某种隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不(bù)发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的(de)人们(men)对这样的(de)一种说法不(bù)屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中(zhōng)心越远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上的(de)运行速度就会越(yuè)慢。但是他(tā)们(men)观测(cè)的结果却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在星系(xì)当中如果没有足够(gòu)大的质量来(lái)吸引它们，这(zhè)些外围的(de)恒(héng)星早(zǎo)就被甩到(dào)宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使用一(yī)种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测量星系(xì)当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异(yì)常的结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测(cè)量(liàng)了距离星(xīng)系中(zhōng)心(xīn)更远(yuǎn)距(jù)离(lí)的(de)氢元素，发现它们的旋转速(sù)度(dù)并不符合牛顿(dùn)的力学(xué)定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳(yáng)系位于银河系的第(dì)三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力(lì)定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际(jì)速度(dù)远远大(dà)于(yú)理论(lùn)速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速(sù)度的原因很可能就是存在着一种我们看不(bù)到的物质，是这些暗(àn)物质(zhì)的(de)引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越(yuè)多的(de)研(yán)究人员开始(shǐ)相信暗物(wù)质的(de)存(cún)在。科学家根(gēn)据星(xīng)系外恒(héng)星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质(zhì)的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可(kě)以解释这个现象的(de)原因。在(zài)一项新的研究(jiū)当中，科(kē)学家们发现，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力效应的(de)遥(yáo)远恒星之间，也会出(chū)现速度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文(wén)学(xué)家还(hái)发现了一(yī)个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银河系不多，但(dàn)是星(xīng)系(xì)当中存在(zài)的恒星数量却只有(yǒu)银河(hé)系(xì)的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗(àn)物(wù)质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最(zuì)先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发(fā)现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和力(lì)学定律(lǜ)来解释的(de)。那么又有人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被(bèi)附(fù)近(jìn)的另(lìng)一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星(xīng)系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物(wù)质(zhì)的假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可(kě)能(néng)就是人类(lèi)对引力(lì)的理(lǐ)解还不够(gòu)全面(miàn)，引力很可(kě)能(néng)在不同(tóng)尺度空间中的工作方(fāng)式(shì)是不同的，这意味(wèi)着(zhe)在(zài)行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体会沿着(zhe)它(tā)们的轨道(dào)，按照我们所理(lǐ)解的方(fāng)式运动。但是上(shàng)升到星系和(hé)星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之(zhī)间(jiān)的相互(hù)作用，科学家(jiā)还(hái)引入了外部场效(xiào)应的概念，指的是(shì)在数百(bǎi)万光年的规模(mó)上，巨大的(de)质量(liàng)之间(jiān)会(huì)产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这意(yì)味着(zhe)我们需(xū)要对现在的(de)物理定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但是在(zài)宇宙当(dāng)中还(hái)有关(guān)于暗物质(zhì)存在的(de)其(qí)他(tā)的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的(de)“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组(zǔ)成，类似这样的(de)星(xīng)团，它(tā)们大(dà)部分的(de)普通质量(liàng)都在(zài)星系的气体当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气(qì)体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在(zài)理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星系(xì)团(tuán)大部分(fēn)的质量(liàng)将位于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的(de)中间区(qū)域。那么(me)我们通(tōng)过什么来验证它的质(zhì)量区域到底是(shì)不是(shì)集(jí)中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯(bó)太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中(zhōng)第一张全(quán)彩的(de)高清(qīng)照(zhào)片，在照片(piàn)中我们可(kě)以明(míng)显地(dì)看到很多星系似(shì)乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲(qū)了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们(men)地球上的观测(cè)者(zhě)之间(jiān)。被一(yī)个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星系的(de)光(guāng)都团费收缴标准是多少钱，团费收缴标准是多少钱一个月(dōu)发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞或(huò)者是暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹星(xīng)系团观测的(de)时候，发现它的大质量区(qū)域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法就(jiù)是当星团(tuán)发(fā)生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量(liàng)气体(tǐ)被(bèi)卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质则直接通过(guò)了(le)这个区(qū)域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的(de)引力(lì)透镜研究也被认为是(shì)暗物质存(cún)在的(de)迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来(lái)自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的(de)光。从(cóng)宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年(nián)之(zhī)后，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性(xìng)的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷(lěng)的区域，但(dàn)实际(jì)上它(tā)们之间的(de)温(wēn)差只有万分之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对(duì)前(qián)景背景分离后(hòu)的二值图(tú)像进行连通域提取和标记之(zhī)后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗物(wù)质的增加(jiā)，一些峰(fēng)值的(de)幅度会减小，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗(àn)物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了(le)一个简单的理论(lùn)框(kuāng)架，就很(hěn)好地解(jiě)释了很多(duō)不同的观(guān)测结果。而(ér)暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何其(qí)他的电磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的(de)存在，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学(xué)家(jiā)们已经(jīng)提(tí)出(chū)了(le)数十种(zhǒng)的(de)假(jiǎ)想目标，而要寻(xún)找这些不同的目(mù)标粒子所需要的(de)实验方式也(yě)不相同。在过去(qù)的几十年(nián)当中(zhōng)，人类为了(le)寻(xún)找(zhǎo)这些看不见、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与常规物质(zhì)相互(hù)作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经(jīng)进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的(de)地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球上最大的(de)地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声(shēng)称(chēng)观测到(dào)了(le)某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个(gè)有趣的事(shì)情。探测(cè)率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且(qiě)在20年当中每年(nián)都是一(yī)样。一些科学家认(rèn)为这可能是(shì)人(rén)类发(fā)现暗(àn)物(wù)质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产(chǎn)生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河(hé)系进行移动(dòng)，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样(yàng)的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过(guò)程中会(huì)产生相(xiāng)应的(de)振荡，同(tóng)时地球又以30公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银(yín)河系的(de)方向是一(yī)致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球与太阳的(de)方向正好达(dá)到完全一致，这是(shì)理(lǐ)论(lùn)上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中，太(tài)阳系(xì)相(xiāng)对(duì)银河系(xì)的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这(zhè)可以用来(lái)解释，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到的周期(qī)性信号(hào)。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿(shī)度(dù)、土壤(rǎng)中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们(men)又在南半球(qiú)建立了一个(gè)几乎相(xiāng)同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实(shí)验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动(dòng)特(tè)征和第(dì)一个实验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截(jié)至目(mù)前还无法提供相应的(de)数据支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视(shì)野(yě)是哈勃红外(wài)仪器(qì)的团费收缴标准是多少钱，团费收缴标准是多少钱一个月(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关(guān)键的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的(de)结(jié)果(guǒ)，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子(zi)天体物理中(zhōng)心的(de)科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥有另一(yī)种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生(shēng)命进(jìn)化的一个重要(yào)因素。

如果这一理论(lùn)得到(dào)进一步的(de)证实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物质(zhì)会不会意(yì)味着人类并(bìng)不(bù)孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这些推论的(de)大前提(tí)是要先找(zhǎo)到暗物(wù)质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到(dào)底存不(bù)存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新的动力！

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