宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗(àn)物质”？暗物质又究竟(jìng)是什(shén)么？人(rén)类为了(le)寻(xún)找暗物质存在的证据(jù)，科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)在过去的几十年(nián)当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是(shì)却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然(rán)哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来(lái)，当天文(wén)学家(jiā)们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就(jiù)会知(zhī)道(dào)，周围一定有未知的(de)天体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王(wáng)星运(yùn)行轨(guǐ)道(dào)的异常，推算并(bìng)且发(fā)现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的发现都是(shì)应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这(zhè)些(xiē)发现(xiàn)都(dōu)是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我们上升到(dào)星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测(cè)量(liàng)后发(fā)星系团的质量。这是(shì)一个(gè)由数千个星系所组成的(de)巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一(yī)般(bān)会使用(yòng)到两(liǎng)种方法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致，就(jiù)可以确定其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是(shì)测量各个星(xīng)系的(de)光(guāng)度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各(gè)个(gè)星系相(xiāng)对于(yú)星系团的运动(dòng)速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵(měng)了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然(rán)是“光度学(xué)质量”的(de)400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是(shì)，在测量(liàng)速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团(tuán)中很多(duō)星系的速度比理(lǐ)论(lùn)上要(yào)快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生(shēng)的引力是无法将(jiāng)它(tā)们束(shù)缚在(zài)星系团内的，它们早(zǎo)就应该(gāi)被抛(pāo)出星(xīng)系团之(zhī)外(wài)了，除非有一种神(shén)秘(mì)的(de)力量在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发(fā)散光、吸光、反射光，但是它(tā)们(men)却占据(jù)着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质(zhì)量。只是当时的人们(men)对(duì)这样的(de)一(yī)种说(shuō)法不(bù)屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特在观测(cè)仙女座星系(xì)中的恒星(xīng)运动。理论(lùn)上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其(qí)轨道(dào)上的运行速度(dù)就会越(yuè)慢。但是(shì)他们(men)观测的结果却让人感到不可思(sī)议。

随着(zhe)与(yǔ)中心距离的增(zēng)加，恒星的(de)旋(xuán)转速(sù)度(dù)几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的(de)万(wàn)有引力定律，在(zài)星系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围(wéi)的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到(dào)宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种现象，科(kē)学(xué)家们(men)会(huì)使用一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗(àn)物质的存(cún)在，这(zhè)种方法就(jiù)是测量(liàng)星系当(dāng)中气体在X轴上距离星(xīng)系中心(xīn)的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入其中。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜测(cè)量了距离星系中心更远距离的(de)氢元素(sù)，发现它们(men)的旋转速(sù)度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万(wàn)有引力定律进行计算(suàn)，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳(yáng)系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这个实(shí)际速(sù)度远远(yuǎn)大于理论速度(dù)，那么产生(shēng)以上(shàng)这种向心加速度的原因很可能就(jiù)是存在(zài)着一种我(wǒ)们看不到(dào)的物(wù)质，是(shì)这些暗(àn)物(wù)质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来(lái)越多的(de)研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在(zài)。科学(xué)家根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系(xì)当中暗物质的质量占整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一可以解释(shì)这个现象的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科(kē)学家们发(fā)现，几(jǐ)乎(hū)没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会出现速度(dù)上(shàng)的(de)微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系(xì)当中存在的(de)恒星数量却只有银河系的(de)千(qiān)分之一(yī)。

所以在(zài)理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是(shì)科(kē)学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运动是(shì)可(kě)以(yǐ)用正常的物(wù)质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提(t燃气换金属管是骗局吗，燃气需要换金属管吗í)出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的(de)附近没有任何星系存(cún)在。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的除了(le)暗物(wù)质的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全(quán)面，引力(lì)很可能在不(bù)同(tóng)尺(chǐ)度(dù)空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味(wèi)着在(zài)行(xíng)星系(xì)尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们所理解的(de)方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间的相互作(zuò)用则(zé)是不同的方式(shì)。对于(yú)在星系团之间的(de)相(xiāng)互作(zuò)用，科学家还引入了外部(bù)场效应的概念，指的是(shì)在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果(guǒ)，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们(men)需要对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质(zhì)假说理论就(jiù)此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在(zài)的(de)其他的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的(de)子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的(de)星系团(tuán)所组成(chéng)，类似(shì)这样(yàng)的星团(tuán)，它们大部分的(de)普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系团大部(bù)分的质量将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气(qì)体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质(zhì)量(liàng)区域到(dào)底是(shì)不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一(yī)张全彩的(de)高清照片，在照(zhào)片中我们可以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质(zhì)量超级巨(jù)大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量(liàng)的东(dōng)西(xī)的引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星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)巨大(dà)的(de)天体可能是超(chāo)大质量的黑(hēi)洞(dòng)或(huò)者是(shì)暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的(de)大质量区域并(bìng)不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并(bìng)在(zài)两边形(xíng)成(chéng)了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论(lùn)证据(jù)。

除此(cǐ)之外(wài)，还(hái)有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇(yǔ)宙(zhòu)大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见光终于(yú)可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的微(wēi)波辐射。其中红(hóng)色的部(bù)分(fēn)表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表示相对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它(tā)们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学(xué)家们通过对前景背(bèi)景分离(lí)后(hòu)的二值(zhí)图像(xiàng)进行连(lián)通域(yù)提(tí)取和(hé)标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看(kàn)起来不应(yīng)该是这样的，而(ér)随着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星(xīng)系(xì)当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了一个简单的(de)理论(lùn)框(kuāng)架(jià)，就很(hěn)好地解释(shì)了很多不同的观测(cè)结果。而暗物(wù)质的(de)本质就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着(zhe)某种类型的粒(lì)子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作(zuò)用(yòng)，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如(rú)果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存(cún)在的(de)实际证据(jù)。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已经提出了(le)数十种的假想(xiǎng)目(mù)标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不(bù)同(tóng)的目标粒(lì)子所需(xū)要的实(shí)验(yàn)方式也不(bù)相同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会(huì)与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实(shí)验，却(què)没有(yǒu)任(rèn)何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下(xià)1400米处的(de)地下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地(dì)球(qiú)上最(zuì)大的(de)地学实验(yàn)室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层(céng)楼高的(de)探测器，一直致力于(yú)寻找暗物(wù)质粒子的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到了某种信号。经过了(le)20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探(tàn)测率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科(kē)学家认(rèn)为这可能(néng)是人类(lèi)发现暗(àn)物(wù)质的第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期性的年(nián)度信号(hào)呢？刚才(cái)我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银河系进行移(yí)动，那(nà)么如(rú)果暗物(wù)质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物(wù)质流，这个过程中会产(chǎn)生(shēng)相应(yīng)的(de)振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时(shí)间，地球围绕(rào)太阳(yáng)的方(fāng)向与太(tài)阳环绕(rào)银河系的方向是(shì)一致的(de)，而另外半年(nián)则(zé)与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太(tài)阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是(shì)理论上地球(qiú)穿越暗(àn)物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系相对(duì)银河系(xì)的(de)平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不(bù)影(yǐng)响这个理论的(de)有(yǒu)效性(xìng)。

因此科(kē)学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员们所观(guān)测到的周期(qī)性信号。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(néng)是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又(yòu)在南(nán)半(bàn)球建立了(le)一个几乎相(xiāng)同(tóng)的实验(yàn)室，这里的季节(jié)与之前的(de)实验室正好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质(zhì)流(liú)的运动特(tè)征(zhēng)和第一个实验室(shì)是一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可(kě)以得到(dào)相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以成为(wèi)暗(àn)物质所存在的(de)非常有(yǒu)力(lì)的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以(yǐ)截至目(mù)前(qián)还无法提(tí)供(gōng)相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台(tái)新的望(wàng)远镜，这台(tái)太空望(wàng)远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的(de)视野(yě)是(shì)哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其(qí)中(zhōng)一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我(wǒ)们(men)只(zhǐ)能(néng)拭(shì)目以待了。费米实验(yàn)室(shì)粒子天体物理中心的(de)科学家丹琥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(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是(shì)生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会(huì)不会意味着人(rén)类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星(xīng)上，暗(àn)物质(zhì)正在通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是(shì)要先(xiān)找到暗物质存在的实(shí)际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得(dé)暗物(wù)质(zhì)到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力！

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