宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟是(shì)什么(me)？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证据(jù)，科学家(jiā)们在过去的几(jǐ)十(shí)年当中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却(què)没(méi)有发现任何的有效证据。除了(le)一(yī)个(gè)地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原(yuán)理一(yī)书中，埃萨克(kè)牛顿发表了(le)万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规(guī)律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某些(xiē)天体运行(xíng)轨道出现异常(cháng)，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律的时候(hòu)，他们(men)就会知(zhī)道，周围(wéi)一定有(yǒu)未知(zhī)的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异(yì)常(cháng)，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应(yīng)用(yòng)万有(yǒu)引力(lì)定律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度(dù)，事(shì)情就开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹(zī)威(wēi)基正(zhèng)在研究和测量(liàng)后(hòu)发星系团(tuán)的质(zhì)量。这是一个由数(shù)千个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨(jù)大(dà)星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系(xì)团的质量一般(bān)会使用到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方法结(jié)果一致，就(jiù)可以确定其质量的(de)范(fàn)围(wéi)。

第一种是(shì)获得其(qí)"光度(dù)学的质量(liàng)"，需要的数(shù)据是测量各(gè)个星系的光度(dù)。

第(dì)二种是动力学质量(liàng)的(de)计算，是利用光谱红移测量星系团中的各(gè)个星系相对(duì)于(yú)星系(xì)团(tuán)的(de)运动(dòng)速(sù)度(dù)。当测量结果出(chū)来之后，兹(zī)威基彻(chè)底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系(xì)团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这(zhè)99%的(de)质量并(bìng)不以(yǐ)可见光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过(guò)程中，兹威基发(fā)现星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上(shàng)要快得(dé)多(duō)，按照(zhào)牛顿的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力是(shì)无法将它们束缚在(zài)星(xīng)系团内的(de)，它们早就应该被抛(pāo)出星系(xì)团之外了，除(chú)非有一种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这样(yàng)部分不可见的(de)暗(àn)质，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但(dàn)是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再(zài)一次出现(xiàn)。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中(zhōng)的恒(héng)星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运(yùn)行(xíng)速度(dù)就会越慢。但(dàn)是他们观测的(de)结果却让人(rén)感到不可(kě)思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的(de)旋转速度几乎(hū)保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力(lì)定(dìng)律，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没有足(zú)够大的质量来(lái)吸(xī)引它们，这些(xiē)外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标(biāo)准的方法来解释暗物(wù)质(zhì)的存在，这种方法就是(shì)测量星系当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上距(jù)离星系中(zhōng)心(xīn)的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是(shì)由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距离(lí)星系中心更(gèng)远距离(lí)的(de)氢(qīng)元素，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合(hé)牛顿(dùn)的(de)力学(xué)定(dìng)律。我们(men)的(de)太阳系也不例(lì)外(wài)，太阳系(xì)位于银河系的(de)第三(sān)悬臂(bì)之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个(gè)实(shí)际(jì)速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这(zhè)种向心加速度的原因很可(kě)能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的(de)物质，是这些(xiē)暗物质的(de)引力(lì)效应(yīng)将(jiāng)星系(xì)聚集在(zài)了一(yī)起。

也(yě)是从这时(shí)开始，越(yuè)来越(yuè)多的研究人员开始相信(xìn)暗物质(zhì)的存在。科学(xué)家根(gēn)据(jù)星系外恒(héng)星轨道(dào)的速(sù)度(dù)，估算(suàn)在星系当中暗物(wù)质(zhì)的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一(yī)可以(yǐ)解(jiě)释这个(gè)现象的原因。在一项新的研究当中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会(huì)出现(xiàn)速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河(hé)系的(de)千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗(àn)物质，否则(zé)就(jiù)会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学家们使用(yòng)最(zuì)先(xiān)进的(de)望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量之后，发(fā)现(xiàn)星系(xì)中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星(xīng)系(xì)的(de)暗物质，已经被附近(jìn)的另一个(gè)大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物质的(de)假说之外，另一(yī)种可能就是人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解(jiě)还(hái)不够全面，引力很可能(néng)在(zài)不同尺度空间中的工作方(fāng)式(shì)是不同(tóng)的，这(zhè)意(yì)味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上(shàng)升到星(xīng)系和(hé)星团的尺(chǐ)度(dù)，引力(lì)之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星(xīng)系团之间(jiān)的相互(hù)作用，科(kē)学(xué)家还引入(rù)了外部场(chǎng)效应(yīng)的概念(niàn)，指的是在数(shù)百万光年的(de)规模上，巨大的(de)质量之间会(huì)产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也(yě)让(ràng)很(hěn)多人(rén)认为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗(àn)物质存在(zài)的其他的理论(lùn)证(zhèng)据(jù)，这(zhè)些理论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会导(dǎo)致(zhì)温度的(de)急(jí)剧(jù)升高，速(sù)度大幅(fú)降低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量(liàng)将位(wèi)于(yú)所有这些气体(tǐ)所在的(de)中(zhōng)间区(qū)域。那(nà)么我(wǒ)们通过什么来验证(zhèng)它的质量区(qū)域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第(dì)一张全彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很多(duō)星(xīng)系(xì)似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系本身(shēn)并不是真的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题(tí)，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球(qiú)上的观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个(gè)巨(jù)大的天(tiān)体可能(néng)是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测(cè)的时候，发现它的大(dà)质(zhì)量区域并不(bù)是(shì)在中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部(bù)的(de)碰撞时，可(kě)被观(guān)测到的质(zhì)量气(qì)体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接(jiē)通(tōng)过了这个区(qū)域，并(bìng)在两边形(xíng)成了(le)引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质(zhì)存在的迄今为(wèi)止最(zuì)好的(de)理论(lùn)证据。

除此之(zhī)外，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之(zhī)后，这(zhè)些光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了(le)各(gè)相(xiāng)同(tóng)性的微(wēi)波辐射。其(qí)中红色的部分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对较冷的(de)区(qū)域，但实(shí)际上它(tā)们之间的(de)温差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学家们通(tōng)过对前景(jǐng)背景分离(lí)后的二(èr)值图像(xiàng)进行(xíng)连通(tōng)域提取和标(biāo)记之(zhī)后发现，如果宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这样的(de)，而随着(zhe)暗物质的增加(jiā)，一些峰值的(de)幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个(gè)数字与解释(shì)星系(xì)当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架(jià)，就很好(hǎo)地解释了很多不同(tóng)的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何(hé)其他的电磁(cí)作用，只通过(guò)引力(lì)来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这(zhè)些不同的(de)目标粒子所需(xū)要的实(shí)验方(fāng)式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经(jīng)进(jìn)行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除(chú)了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最(zuì)大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测(cè)器，一(yī)直(zhí)致力于寻找暗(àn)物(wù)质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的(de)科(kē)学家声称观(guān)测到了某(mǒu)种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而(ér)且在20年当(dāng)中每年都(dōu)是狼性文化是什么意思，狼的精神经典十六字(shì)一样(yàng)。一些科学(xué)家认为这可能是人类发现(xiàn)暗(àn)物质的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周狼性文化是什么意思，狼的精神经典十六字期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系(xì)正(zhèng)在以(yǐ)220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这个(gè)过程(chéng)中会产(chǎn)生(shēng)相(xiāng)应的振荡(dàng)，同(tóng)时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地球围绕太阳的(de)方(fāng)向与(yǔ)太阳环(huán)绕银河系(xì)的方(fāng)向是一致的，而另外(wài)半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地(dì)球与(yǔ)太(tài)阳的方向(xiàng)正好达到完全一(yī)致，这是理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的(de)时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了(le)最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实际的(de)情况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因(yīn)此科(kē)学家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可能(néng)有其他的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年(nián)度周期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的(de)实(shí)验室，这里的季(jì)节与之前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地(dì)球穿过暗物质流(liú)的运动(dòng)特(tè)征(zhēng)和第一个实验室是一(yī)样的(de)。

因此(cǐ)，如果在(zài)这(zhè)里可以得到(dào)相同的(de)信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无(wú)法提供相应的数据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发(fā)射一台(tái)新的望远镜(jìng)，这(zhè)台太(tài)空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野(yě)是(shì)哈勃红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中一(yī)个关键(jiàn)的用途就(jiù)是探索暗物质(zhì)背后的奥(ào)秘，对于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究(jiū)发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在，它(tā)们极有(yǒu)可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说(shuō)是(shì)生命(mìng)进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)某个角(jiǎo)落(luò)的行(xíng)星(xīng)上，暗物质正在通(tōng)过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先(xiān)找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新的动力(lì)！

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