宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过去的(de)几十年当中进(jìn)行了超(chāo)过(guò)50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任(rèn)何的有(yǒu)效证据(jù)。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然哲学数(shù)学(xué)原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力(lì)定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动(dòng)的规律(lǜ)。往后(hòu)的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学家们(men)发现某些(xiē)天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律的(de)时候，他们就(jiù)会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异(yì)常，推算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是应(yīng)用(yòng)万有引力(lì)定律所取得(dé)重大天文(wén)成(chéng)就(jiù)的例子。但是这(zhè)些(xiē)发现都是在(zài)恒星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可(kě)当我们上(shàng)升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的(de)物理学家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个由(yóu)数(shù)千个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大(dà)星系(xì)团，这些(xiē)星系被(bèi)引力束(shù)缚在(zài)一(yī)起。测量(liàng)星(xīng)系团的质量一(yī)般(bān)会使用到(dào)两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种方(fāng)法(fǎ)结果一致，就(jiù)可(kě)以确定其质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各个(gè)星系的光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的(de)计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中的各个星(xīng)系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测量结(jié)果出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系(xì)的速度比理论上要(yào)快得多(duō)，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系(xì)的质(zhì)量所产生的(de)引力是无法将它(tā)们束(shù)缚(fù)在星系团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除(chú)非(fēi)有(yǒu)一(yī)种神秘的(de)力(lì)量(liàng)在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提(tí)出了(le)这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们(men)却占据着宇宙中绝(jué)大(dà)部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是(shì)当时的人们对(duì)这样的一(yī)种说法不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再(zài)一次出现(xiàn)。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的(de)恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道上(shàng)的运行速度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据(jù)牛顿的(de)万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当中如果没有足(zú)够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的(de)恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们(men)会使用一种相对标(biāo)准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是(shì)测量(liàng)星系当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋(xuán)转速(sù)度。如(rú)果出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学(xué)家们通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星系中心更远距离的氢元素，发现它们(men)的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学(xué)定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的(de)速(sù)度(dù)围(wéi)绕(rào)银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生(shēng)以上这种向(xiàng)心加速度(dù)的原(yuán)因很(hěn)可能就是存在着一种我们(men)看不(bù)到(dào)的物质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力效应将(jiāng)星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研(yán)究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物质的(de)质量占整个星(xīng)系(xì)质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是(shì)唯一(yī)可以解释这个(gè)现(xiàn)象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另(lìng)外(wài)，天文学家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是(shì)星系(xì)当(dāng)中(zhōng)存在的恒星数(shù)量却(què)只有银(yín)河(hé)系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系(xì)必(bì)须存在暗物(wù)质，否则就会分崩(bēng)离(lí)析。但(dàn)是科学(xué)家们使用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对其进行了(le)40个(gè)小(xiǎo)时的详(xiáng)细(xì)测(cè)量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出(chū)，也许该(gāi)星(xīng)系的(de)暗物质，已经被附近(jìn)的另(lìng)一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除了(le)暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一(yī)种可能(néng)就是人类对引力的理(lǐ)解还(hái)不够全面，引力(lì)很可能(néng)在不同尺度(dù)空(kōng)间中的工作(zuò)方(fāng)式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体(tǐ)会(huì)沿着(zhe)它们的(de)轨道，按照我们所理(lǐ)解的(de)方(fāng)式运动。但是上升到(dào)星(xīng)系和星团的(de)尺度，引力(lì)之间的相互作用(yòng)则是不同的(de)方式。对于在星系团之间的相互作用，科(kē)学家还引入(rù)了(le)外部场效应的概(gài)念(niàn)，指的是在数百万光年的规(guī)模上(shàng)，巨大的(de)质量之(zhī)间会产生对彼此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需(xū)要(yào)对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发(fā)现也让很多人(rén)认为(wèi)暗(àn)物质假说(shuō)理(lǐ)论就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还(hái)有关(guān)于暗物质存在的其他(tā)的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所没(méi)法(fǎ)解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为(wèi)37亿光年(不负年华的意思是什么呢，不负春光不负年华的意思nián)的(de)子(zi)弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互(hù)作(zuò)用就会导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹星系团大部分的(de)质量(liàng)将位于所(suǒ)有这些气(qì)体(tǐ)所在的中间区域。那么(me)我们通过什么来验证它的质(zhì)量区(qū)域到底是不是集中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全(quán)彩的高(gāo)清照片(piàn)，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以明(míng)显(xiǎn)地看到很多(duō)星系(xì)似乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些星系(xì)本身并(bìng)不是(shì)真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们(men)地球上的观测者之(zhī)间(jiān)。被一(yī)个质量(liàng)超级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量(liàng)的(de)东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的(de)光(guāng)都发生(shēng)了扭曲(qū)。这个(gè)现象就是(shì)引力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨大(dà)的天体可能是(shì)超(chāo)大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星(xīng)系团观测的时候(hòu)，发现它的(de)大质(zhì)量(liàng)区域并不是在(zài)中间(jiān)，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当星团(tuán)发生(shēng)全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到的质量气(qì)体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被认为是(shì)暗物质存在(zài)的(de)迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来(lái)自(zì)宇宙当中最(zuì)古老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了(le)130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的不负年华的意思是什么呢，不负春光不负年华的意思微(wēi)波辐射。其(qí)中红色(sè)的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但(dàn)实际上它们之(zhī)间的温差只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家们通(tōng)过对(duì)前(qián)景背景(jǐng)分(fēn)离后的(de)二值图(tú)像(xiàng)进行连通域提取(qǔ)和标(biāo)记之(zhī)后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗(àn)物(wù)质，图(tú)形看(kàn)起(qǐ)来不(bù)应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅(fú)度(dù)会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们需要的暗物(wù)质大(dà)约是普通物(wù)质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很(hěn)多不(bù)同的(de)观测结果。而(ér)暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存(cún)在着(zhe)某种类型的粒(lì)子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能(néng)够找到这种粒子的(de)存在，就(jiù)相当于找到了暗(àn)物质存(cún)在的(de)实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们已经提出了(le)数(shù)十种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要(yào)寻找这些不同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需(xū)要的实验方式也不相同。在过去的几十(shí)年当(dāng)中，人类为(wèi)了(le)寻(xún)找这些看(kàn)不见、摸(mō)不到(dào)，几(jǐ)乎不会与常规物(wù)质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利(lì)的(de)格兰萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器(qì)，一直致力(lì)于寻找暗物(wù)质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多(duō)年(nián)的(de)数据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然(rán)后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些(xiē)科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物(wù)质会产(chǎn)生周(zhōu)期性(xìng)的年度信号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河(hé)系进行(xíng)移动(dòng)，那(nà)么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样(yàng)的速(sù)度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程(chéng)中会产生相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时地球又(yòu)以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的(de)方向(xiàng)与太阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好(hǎo)达到完全(quán)一致(zhì)，这(zhè)是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好达到(dào)了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际(jì)的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对(duì不负年华的意思是什么呢，不负春光不负年华的意思)银(yín)河系(xì)的(de)平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个(gè)理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科(kē)学家认为这可以用(yòng)来(lái)解释，研究人员们(men)所观测到的(de)周期性信号(hào)。当然也可能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差异也(yě)可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连意大利(lì)游客的数(shù)量(liàng)也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在南(nán)半球(qiú)建立了一个(gè)几乎相同的(de)实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里，地球穿过(guò)暗(àn)物质流的运动(dòng)特征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得(dé)到相同的(de)信号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质所存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望(wàng)远镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同，但它的(de)宽视场仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼(màn)太空望远镜(jìng)其中一个关键的用(yòng)途就(jiù)是探(tàn)索暗物质(zhì)背后的奥(ào)秘(mì)，对(duì)于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以待了(le)。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体物理中(zhōng)心的科学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森斯特(tè)芬研(yán)究发现，如果暗(àn)物质存在，它(tā)们(men)极有可(kě)能拥有另一(yī)种神秘的(de)效(xiào)应，这(zhè)种暗物(wù)质(zhì)效应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生命的诞生(shēng)，或(huò)者说是生命进(jìn)化(huà)的一个重要因素(sù)。

如果这一(yī)理论得(dé)到进一步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗(àn)物(wù)质会不(bù)会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先(xiān)找到暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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