宇宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人(rén)类为了(le)寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过去的几十年(nián)当中进(jìn)行了超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现(xiàn)任何(hé)的有效证据。除了一个地(dì)方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了(le)万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行(xíng)轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符(fú)合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的(de)时(shí)候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄(shè)动它的(de)轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通(tōng)过天王星(xīng)运行(xíng)轨道(dào)的(de)异常(cháng)，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发现都是应(yīng)用万有引力定律(lǜ)所(suǒ)取得(dé)重大天文(wén)成就的例子。但(dàn)是这(zhè)些发现都是在(zài)恒(héng)星(xīng)系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究(jiū)和测量(liàng)后发星(xīng)系团的质量(liàng)。这是一个(gè)由数千(qiān)个星系(xì)所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星(xīng)系(xì)被引力束缚(fù)在(zài)一起(qǐ)。测(cè)量星系(xì)团的质量一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就可(kě)以确(què)定(dìng)其质量的范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其"光度(dù)学的质量(liàng)"，需要的(de)数(shù)据是测(cè)量各个星系的(de)光度(dù)。

第二种是动力(lì)学质量的计算(suàn)，是(shì)利用光谱红(hóng)移测(cè)量星(xīng)系团中的各个星系相对(duì)于星系团的(de)运动速度。当(dāng)测(cè)量结果出来(lái)之(zhī)后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光(guāng)的(de)形式所存(cún)在，我们(men)无法(fǎ)看到。最诡异的是(shì)，在测(cè)量速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的速(sù)度比理(lǐ)论上要(yào)快(kuài)得多(duō)，按(àn)照(zhào)牛(niú)顿(dùn)的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将(jiāng)它们(men)束缚(fù)在(zài)星系团内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之外(wài)了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样(yàng)部分不(bù)可见的(de)暗质，它不发散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是它们却(què)占据(jù)着宇宙中绝(jué)大(dà)部分的(de)质量。只是当(dāng)时的(de)人们(men)对这样的(de)一种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物质(zhì)”这(zhè)个词才(cái)再(zài)一(yī)次出现。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在观(guān)测(cè)仙女座星(xīng)系(xì)中的恒星运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离(lí)中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但(dàn)是他们观(guān)测的(de)结(jié)果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增(zēng)加，恒星的(de)旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，在(zài)星系当中(zhōng)如果没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象(xiàng)，科(kē)学(xué)家们(men)会使用(yòng)一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在(zài)X轴上(shàng)距(jù)离(lí)星系中心(xīn)的距(jù)离，以(yǐ)及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转速(sù)度。如(rú)果出现异常的(de)结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家(jiā)们(men)通(tōng)过射(shè)电望远镜测(cè)量了(le)距离星系(xì)中心更远距(jù)离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们(men)的(de)旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不(bù)例外(wài)，太阳系(xì)位(wèi)于银河系的第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离银(yín)河(hé)系中心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度(dù)，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度(dù)的原因很可能就是存(cún)在着一种我们(men)看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星(xīng)系聚集在了(le)一(yī)起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始，越来越多的(de)研究人员(yuán)开始相信暗物(wù)质的存在(zài)。科学家根据(jù)星系(xì)外恒(héng)星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物(wù)质(zhì)的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可(kě)以解释这个现象(xiàng)的原因。在(zài)一(yī)项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科学(xué)家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的(de)遥远恒(héng)星之间，也会(huì)出现速(sù)度上的微小差(chà)异。另外，天文学(xué)家还发(fā)现(xiàn)了一个反(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(dà)小和银河系不多，但(dàn)是(shì)星系当中存在(zài)的恒星数(shù)量却只有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就(jiù)会分崩离(lí)析。但是科(kē)学(xué)家们使用最先进(jìn)的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系(xì)中的(de)恒星运动是可(kě)以用(yòng)正常的物(wù)质和(hé)力学定律来解释(shì)的。那么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个(gè)大星(xīng)系(xì)剥(bō)离了。奇怪的(de)是(shì)，它的附(fù)近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就是人类对引力的理解还不够全(quán)面，引力很(hěn)可能在(zài)不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理(lǐ)解的方(fāng)式运动。但是上升(shēng)到星系(xì)和星(xīng)团的尺度，引力之间的(de)相(xiāng)互(hù)作(zuò)用则是(shì)不同(tóng)的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入了(le)外部(bù)场效应的概念(niàn)，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的(de)效(xiào)果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这(zhè)意味(wèi)着我们(men)需要对现在的物理定律进(jìn)行(xíng)修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于暗(àn)物(wù)质存在的(de)其(qí)他的(de)理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年(nián)的子(zi)弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团所组(zǔ)成，寄养猫咪一个月多少钱，长期寄养宠物多少钱一个月类似这样的星团，它(tā)们大(dà)部分的普通质量(liàng)都在星系(xì)的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的(de)相(xiāng)互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星(xīng)系团大部分的质量将(jiāng)位于所有(yǒu)这(zhè)些气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么来验(yàn)证它的质量区(qū)域到底(dǐ)是不(bù)是(shì)集中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太(tài)空望远镜(jìng)传回(huí)了宇宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩的高(gāo)清照(zhào)片，在(zài)照片中我们可(kě)以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题(tí)，而是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天(tiān)体和我们(men)地(dì)球上的观测者(zhě)之间。被一(yī)个质量(liàng)超级(jí)巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是引力(lì)透镜效应。这个巨大(dà)的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星(xīng)系团观(guān)测的时候，发(fā)现它的大(dà)质量区域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的质量气体被(bèi)卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物(wù)质(zhì)则(zé)直接通(tōng)过了这个区(qū)域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子弹(dàn)星系团的引力(lì)透(tòu)镜研究也被认为(wèi)是暗物(wù)质存在的迄今为(wèi)止最好的(de)理论(lùn)证(zhèng)据。

除此(cǐ)之(zhī)外(wài)，还(hái)有来自宇宙当中最古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背(bèi)景上留下了(le)各相(xiāng)同性(xìng)的微波辐(fú)射。其(qí)中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际(jì)上(shàng)它们之间的温差只有万分之(zhī)一(yī)。

科学家(jiā)们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图(tú)像(xiàng)进行连通域提取和标记之(zhī)后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质(zhì)，图(tú)形(xíng)看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些峰(fēng)值(zhí)的(de)幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运动(dòng)所(suǒ)需要的(de)暗(àn)物质比例是一致(zhì)的。这(zhè)就(jiù)意味着。

用(yòng)了一个(gè)简单的理论框架，就很好(hǎo)地(dì)解释了很多不同的观(guān)测结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够(gòu)找到这(zhè)种粒子的(de)存在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不(bù)同(tóng)的目标(biāo)粒子所需(xū)要的实验(yàn)方式(shì)也不相同。在过去的(de)几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常(cháng)规物(wù)质相(xiāng)互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了(le)超过50次(cì)的实验，却(què)没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的地学实验(yàn)室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测(cè)器，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科(kē)学家声(shēng)称观测到(dào)了某(mǒu)种信号(hào)。经过了(le)20多年的(de)数据收集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测(cè)率会在(zài)每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当(dāng)中每年(nián)都是一样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是(shì)为(wèi)什么暗物(wù)质会(huì)产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着(zhe)银(yín)河系(xì)进行(xíng)移动，那(nà)么(me)如果暗(àn)物质(zhì)存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味着(zhe)我们(men)也在以这(zhè)样的速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质(zhì)流，这个(gè)过程中会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太(tài)阳的(de)方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系(xì)的(de)平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学(xué)家认(rèn)为这(zhè)可(kě)以(yǐ)用来解释，研(yán)究(jiū)人员(yuán)们所观测到(dào)的周期性信(xìn)号(hào)。当然(rán)也可能有其他(tā)的情况，造成这种年度周期信号(hào)的(de)差异(yì)也可能(néng)是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合(hé)这个(gè)周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们(men)又在南半球建(jiàn)立(lì)了一(yī)个(gè)几乎(hū)相同的实验室，这里的(de)季(jì)节与(yǔ)之(zhī)前的实验室正好(hǎo)相反，而在(zài)这里(lǐ)，地球(qiú)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，如果在这里(lǐ)可以(yǐ)得到相同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所(suǒ)存(cún)在的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了(le)。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前(qián)还无法提供(gōng)相应的数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大(dà)小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外(wài)仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜(jìng)其(qí)中一个关键的(de)用(yòng)途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘(mì)的(de)效应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的(de)诞生(shēng)，或者(zhě)说是生(shēng)命进化的(de)一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质(zhì)会不会意味着人(rén)类并(bìng)不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物(wù)质正在(zài)通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这(zhè)些(xiē)推(tuī)论(lùn)的大前提是要先找到(dào)暗物质存(cún)在的实际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗(àn)物(wù)质到底存(cún)不存(cún)在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持是我更新(xīn)的(de)动力(lì)！

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