宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什么？人类为(wèi)了(le)寻找暗物(wù)质存(cún)在的证据，科学家们(men)在过(guò)去的(de)几(jǐ)十(shí)年(nián)当中进(jìn)行了超过50次(cì)的长期实(shí)验，但是却(què)没有发(fā)现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当天(tiān)文(wén)学家们发现某些天体运(yùn)行轨道(dào)出现异(yì)常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会(huì)知(zhī)道，周围一(yī)定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算(suàn)并且发现了海(hǎi)王星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发(fā)现(xiàn)都(dōu)是应(yīng)用万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律所取(qǔ)得重大(dà)天文成就的(de)例(lì)子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可(kě)当(dāng)我(wǒ)们上升(shēng)到星系或(huò)者(zhě)是星(xīng)团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星(xīng)系团的质(zhì)量(liàng)。这是一个由数(shù)千(qiān)个星系(xì)所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系(xì)被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使(shǐ)用到(dào)两种方法，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围(wéi)。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测量(liàng)各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质量(liàng)的(de)计算，是利(lì)用光谱红移测量星(xīng)系(xì)团中的各个(gè)星系(xì)相对于(yú)星(xīng)系团的运(yùn)动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发座星系团有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的(de)质量并(bìng)不(bù)以可(kě)见(jiàn)光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在(zài)测量速度的过(guò)程(chéng)中(zhōng)，兹威基(jī)发(fā)现星系(xì)团中很多星(xīng)系(xì)的速度比(bǐ)理论上要(yào)快(kuài)得多(duō)，按照牛(niú)顿的运动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见星系的质量(liàng)所产生的引力是无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该(gāi)被(bèi)抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神(shén)秘的力量在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样(yàng)部(bù)分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时(shí)的人(rén)们(men)对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词(cí)才再(zài)一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特在观(guān)测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越远的恒(héng)星在其(qí)轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观测的(de)结果(guǒ)却让人感到不可(kě)思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没(méi)有(yǒu)足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科(kē)学家们(men)会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准的方(fāng)法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距(jù)离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋(xuán)转速度。如(rú)果出现异常的结(jié)果，就认(rèn)为是(shì)由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于(yú)是(shì)科学家(jiā)们(men)通过射(shè)电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太(tài)阳系(xì)正在以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银河系(xì)旋转，这个(gè)实际(jì)速度远(yuǎn)远大(dà)于理(lǐ)论(lùn)速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是(shì)存在着一种我(wǒ)们看不(bù)到的(de)物质，是这些暗物质的引力(lì)效应将星(xīng)系聚集(jí)在了一(yī)起。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来越多(duō)的(de)研究人员(yuán)开始相(xiāng)信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的(de)速度(dù)，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个现象(xiàng)的原(yuán)因(yīn)。在(zài)一项新(xīn)的研究当中，科(kē)学家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之间(jiān)，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文学家(jiā)还发(fā)现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银(yín)河(hé)系(xì)不多(duō)，但是星系(xì)当中存在的恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银河系的千分之(zhī)一。

所以在(zài)理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们(men)使(shǐ)用最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜对(duì)其进行了(le)40个(gè)小时的(de)详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用(yòng)正常的物质和力(lì)学(xué)定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系的(de)暗(àn)物(wù)质(zhì)，已经被附近的(de)另一个大星系剥中国欠别国钱吗离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附近(jìn)没(méi)有任何星系存(cún)在。造成这(zhè)些(xiē)现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可能就是(shì)人类对引力的(de)理解还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动(dòng)。但(dàn)是上升到星系和(hé)星团(tuán)的(de)尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不(bù)同的(de)方式(shì)。对于(yú)在(zài)星(xīng)系团(tuán)之间的相互作用(yòng)，科(kē)学家还引入了外部场效应的(de)概念，指的是在数百(bǎi)万光年(nián)的规(guī)模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此(cǐ)特(tè)殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这意味(wèi)着(zhe)我们(men)需(xū)要对现在的(de)物理定律进行(xíng)修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论(lùn)证据是蒙德理论(lùn)所没法解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团(tuán)所组成，类似(shì)这(zhè)样的(de)星团(tuán)，它们大(dà)部分的普通质量都在(zài)星系的气(qì)体(tǐ)当中。当(dāng)星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用(yòng)就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧升高，速度大幅(fú)降低(dī)。所以在(zài)理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质量将位(wèi)于(yú)所有这(zhè)些气(qì)体所(suǒ)在的(de)中间(jiān)区(qū)域。那么(me)我们通(tōng)过(guò)什么来验(yàn)证它的质(zhì)量区域(yù)到底是不是(shì)集(jí)中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望远镜传回(huí)了宇宙当中第(dì)一张全彩的(de)高清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨(jù)大的形变(biàn)。其实这(zhè)些(xiē)星系(xì)本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而(ér)是这样(yàng)极遥远的天(tiān)体和我们地球(qiú)上(shàng)的观测者(zhě)之间。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大(dà)的天体遮挡，这个(gè)超大质量(liàng)的(de)东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜(jìng)效应(yīng)。这个(gè)巨(jù)大(dà)的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对(duì)子弹星(xīng)系团观测的(de)时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在(zài)中间，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发(fā)生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量(liàng)气(qì)体被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质则直接通过(guò)了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研(yán)究也(yě)被(bèi)认(rèn)为(wèi)是暗物质(zhì)存(cún)在的(de)迄今为(wèi)止最好(hǎo)的理论证据(jù)。

除此之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当中最古老(lǎo)的(de)光(guāng)。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光(guāng)终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对(duì)较(jiào)冷的区域(yù)，但实(shí)际上(shàng)它们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万分之(zhī)一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取和标记(jì)之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗(àn)物(wù)质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测(cè)量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是(shì)普通物质的(de)5倍(bèi)。这个数(shù)字与解释星系当中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要(yào)的暗(àn)物质比例(lì)是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好地解(jiě)释了(le)很(hěn)多不同的观(guān)测结(jié)果。而暗物(wù)质的本(běn)质就是(shì)宇宙当中存(cún)在着某(mǒu)种类型的(de)粒子，它(tā)们不参与任何(hé)其他(tā)的(de)电磁作用，只通过引力来(lái)相(xiāng)互作用。所以如(rú)果能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是(shì)什(shén)么？科学家们(men)已经提出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年(nián中国欠别国钱吗)当中(zhōng)，人类为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实(shí)验(yàn)，却没有任(rèn)何(hé)实质性(xìng)的发现，除(chú)了(le)一(yī)个地(dì)方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球(qiú)上最(zuì)大的地(dì)学实(shí)验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探(tàn)测器，一(yī)直致力(lì)于寻找暗(àn)物(wù)质(zhì)粒(lì)子的(de)周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多年(nián)的数据收集(jí)，人们发(fā)现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而(ér)且在20年当中每年(nián)都是一(yī)样(yàng)。一些(xiē)科(kē)学家认(rèn)为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第(dì)一(yī)个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个(gè)过(guò)程中会(huì)产生相应的(de)振荡，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半年的时(shí)间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地(dì)球与(yǔ)太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好(hǎo)达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管在实际(jì)的情况中(zhōng)，太(tài)阳系相对银河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这并(bìng)不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论(lùn)的(de)有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可以用(yòng)来解(jiě)释，研究人员们所观(guān)测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至(zhì)连意大利(lì)游客(kè)的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以(yǐ)，科(kē)学家们又在南半球建立了一个(gè)几乎相同(tóng)的(de)实验(yàn)室，这(zhè)里的季节与(yǔ)之前的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗(àn)物质流的运(yùn)动特征和第一个(gè)实(shí)验室是一(yī)样的(de)。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可(kě)以(yǐ)得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质(zhì)所存(cún)在的非常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但是由于这个(gè)实(shí)验室刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截(jié)至目(mù)前(qián)还无法(fǎ)提供相应的数(shù)据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键的(de)用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的(de)科(kē)学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在，它们极有可(kě)能拥有(yǒu)另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重要因素。

如(rú)果这(zhè)一理论得到进一步的证实，那么(me)遍(biàn)布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会(huì)不会意味(wèi)着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效(xiào)应(yīng)创造(zào)生(shēng)命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要(yào)先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据(jù)。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到(dào)底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的(de)支(zhī)持是(shì)我更新的动力！

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