宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科(kē)学(xué)家们在过去的几(jǐ)十(shí)年当中进行了超过50次的长期实(shí)验(yàn)，但是却没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些(xiē)天体运行轨道(dào)出(chū)现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体通过(guò)引力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引力(lì)定律(lǜ)所取得重大天文成就的例(lì)子(zi)。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可(kě)当我们上(shàng)升到星系或者是星(xīng)团的(de)尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到两种方法(fǎ)，当(dāng)两(liǎng)种方法结果一致，就可(kě)以确定其(qí)质(zhì)量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的(de)质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系的光(guāng)度(dù)。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是(shì)利用光谱(pǔ)红移测量星系团(tuán)中的各个星(xīng)系相对于星系团的运动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度(dù)学(xué)质(zhì)量”的(de)400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量(liàng)速(sù)度(dù)的(de)过程中，兹威(wēi)基发(fā)现星系团中很多星系的速度比理论上要(yào)快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生的引力是(shì)无法(fǎ)将它们束(shù)缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了(le)，除非(fēi)有一(yī)种神(shén)秘的(de)力(lì)量在起作用(yòng)，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的(de)人们对这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年(nián)之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词才再一(yī)次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在观测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离(lí)中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速(sù)度(dù)就(jiù)会越慢。但(dàn)是他们观(guān)测的(de)结果却让人感到不可(kě)思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度(dù)几乎保持不变。可是(shì)根(gēn)据牛顿(dùn)的(de)万有引力定律，在(zài)星(xīng)系当中如果没有足够大的(de)质(zhì)量(liàng)来吸引它们(men)，这些外围的(de)恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相对标准的方法(fǎ)来(lái)解释暗物质(zhì)的存(cún)在，这种方法就是测(cè)量(liàng)星系当中气(qì)体在X轴上距离(lí)星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离星(xīng)系中心更(gèng)远距离(lí)的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系(xì)也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的(de)运行速(sù)度应该是(shì)160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个实际(jì)速度远远大(dà)于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的原(yuán)因(yīn)很可能(néng)就(jiù)是存在着(zhe)一种我(wǒ)们(men)看(kàn)不到的物(wù)质，是这些暗物质的(de)引力(lì)效应将星系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研(yán)究人员开始(shǐ)相信暗物质(zhì)的存在(zài)。科学家(jiā)根(gēn)据(jù)星(xīng)系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算在星系(xì)当中暗(àn)物质的(de)质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是(sh湖南省国土面积多少平方公里,人口有多少万，湖南省国土面积和人口是多少ì)唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们(men)发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会出现速度(dù)上的(de)微小(xiǎo)差异。另(lìng)外(wài)，天文学家还发现(xiàn)了(le)一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有银河系(xì)的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进(jìn)的望(wàng)远镜对其(qí)进行了40个(gè)小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用正常的物质(zhì)和力学定律来解释的(de)。那么又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附(fù)近(jìn)的另一个大星系(xì)剥(bō)离了。奇(qí)怪的(de)是，它的附近没(méi)有任(rèn)何(hé)星系(xì)存(cún)在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的(de)假说之外，另一种可能就(jiù)是(shì)人类(lèi)对引(yǐn)力的(de)理(lǐ)解还(hái)不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是(shì)不同的，这意(yì)味着在行星(xīng)系尺度(dù)中(zhōng)的天体会沿着它(tā)们的轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理(lǐ)解的方(fāng)式运动(dòng)。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(hù)作用则是不同的(de)方式。对于(yú)在星系(xì)团之(zhī)间的相互(hù)作用，科学家(jiā)还引入了外(wài)部(bù)场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光(guāng)年的规模(mó)上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这(zhè)意味(wèi)着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说(shuō)理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普(pǔ)通(tōng)质量(liàng)都(dōu)在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互(hù)作用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于(yú)所有(yǒu)这些气体所在(zài)的中间区(qū)域。那么我(wǒ)们(men)通过什么(me)来验证它的质(zhì)量区域到底是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明(míng)显地看(kàn)到(dào)很多星系似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了(le)巨大(dà)的形变。其(qí)实这些星系(xì)本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们地球上的观测(cè)者之(zhī)间。被一个质量(liàng)超级(jí)巨大的(de)天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远星(xīng)系(xì)的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不(bù)是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最(zuì)好的(de)解释方法就是(shì)当(dāng)星团发(fā)生(shēng)全(quán)部的(de)碰(pèng)撞时，可被观(guān)测到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域(yù)，并在(zài)两(liǎng)边形(xíng)成了引力(lì)透镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的(de)引力(lì)透镜(jìng)研究(jiū)也被认为是暗物质(zhì)存(cún)在的迄(qì)今(jīn)为止(zhǐ)最好(hǎo)的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光(guāng)终于(yú)可以畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐(fú)射。其中红色的部分(fēn)表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对较冷的(de)区(qū)域，但(dàn)实际(jì)上它(tā)们之(zhī)间的温差(chà)只有万分(fēn)之(zhī)一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后的二值(zhí)图(tú)像进行(xíng)连通域提取和标记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图(tú)形(xíng)看起来不应该(gāi)是湖南省国土面积多少平方公里,人口有多少万，湖南省国土面积和人口是多少这样(yàng)的，而随着暗物质的(de)增(zēng)加，一些(xiē)峰值的(de)幅度会(huì)减小，才变(biàn)得(dé)看起来(lái)“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释(shì)星(xīng)系当中恒星(xīng)运(yùn)动所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这(zhè)就意(yì)味(wèi)着。

用(yòng)了一个(gè)简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很(hěn)多不同的(de)观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力(lì)来相互作用。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科(kē)学家(jiā)们已(yǐ)经提出了(le)数(shù)十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要(yào)的实验方式也不(bù)相同。在过去(qù)的几十年(nián)当(dāng)中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们已经(jīng)进行了超过50次的实(shí)验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了(le)一个地方，意大利(lì)的(de)格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大(dà)的地学实(shí)验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(céng)楼高的探测器，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗物(wù)质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科(kē)学家(jiā)声称观测(cè)到了某(mǒu)种信号(hào)。经过了(le)20多年的数据收集(jí)，人们发现(xiàn)了(le)一(yī)个有趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会(huì)在每年(nián)的(de)6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年(nián)当中每年(nián)都是一样。一(yī)些科(kē)学家认为(wèi)这(zhè)可(kě)能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也(yě)在(zài)以这(zhè)样的速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质流，这个过程中会(huì)产(chǎn)生相应(yīng)的(de)振荡，同时(shí)地(dì)球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年(nián)的时间，地(dì)球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外(wài)半年则与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好湖南省国土面积多少平方公里,人口有多少万，湖南省国土面积和人口是多少达到完(wán)全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽管在实(shí)际(jì)的情(qíng)况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但是这(zhè)并不影(yǐng)响这个理论的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这(zhè)可以用来解释，研究人员们所观(guān)测到的周期性信(xìn)号(hào)。当然也可能有其他的情况，造(zào)成(chéng)这种年(nián)度(dù)周(zhōu)期信号的差(chà)异也可能(néng)是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连意(yì)大利游客的数(shù)量也符合这个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实(shí)验室，这(zhè)里的(de)季节与之前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和第一个实(shí)验室是一样(yàng)的(de)。

因此，如果在这里可以得到(dào)相(xiāng)同的信(xìn)号，就可以成为暗物(wù)质所(suǒ)存在的非常有力(lì)的(de)证据(jù)了。但是由(yóu)于这个实验室(shì)刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还(hái)无法(fǎ)提供相应的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台(tái)太空望(wàng)远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视(shì)场仪器(qì)提供的视野是哈(hā)勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待(dài)了。费米实(shí)验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研究发现，如(rú)果暗物质存(cún)在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者(zhě)说是生命进(jìn)化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那么(me)遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质(zhì)会不会意味着(zhe)人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然(rán)，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到(dào)底存(cún)不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的动(dòng)力(lì)！

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