宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释(shì)的“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物(wù)质存在的证(zhèng)据(jù)，科学(xué)家们在过去(qù)的几十年(nián)当中(zhōng)进行(xíng)了超过(guò)50次的长期(qī)实验，但(dàn)是(shì)却没有发现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的(de)自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有引力(lì)定律，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的(de)规律。往(wǎng)后(hòu)的(de)几百年(nián)来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨道出(chū)现异(yì)常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他(tā)们就会(huì)知道，周围一定(dìng)有未知的天(tiān)体通(tōng)过(guò)引力在摄动它(tā)的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通过天王星运行轨道(dào)的异(yì)常(cháng)，推算并且发(fā)现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的发现都是应用万(wàn)有引力定(dìng)律所取得(dé)重大天文成就的例子(zi)。但是这(zhè)些发现都是在(zài)恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在(zài)研(yán)究和测量后发(fā)星系团的质量(liàng)。这是一个由数千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨(jù)大星系团(tuán)，这些星系(xì)被引力束(shù)缚在一(yī)起(qǐ)。测(cè)量星系团(tuán)的质量一(yī)般会使用到两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就(jiù)可(kě)以确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光(guāng)度(dù)学的质量"，需(xū)要的数据是测(cè)量各个星系的光度(dù)。

第(dì)二种(zhǒng)是(shì)动(dòng)力学质量的(de)计算，是利用光谱红(hóng)移测量(liàng)星系团中的正五边形的外角和等于多少度第二人生，正五边形的外角和等于多少度的内角各个星系(xì)相对于(yú)星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来(lái)之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的(de)质量消失了(le)，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量并不以可(kě)见光(guāng)的(de)形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹(zī)威(wēi)基发(fā)现星系团(tuán)中很多星(xīng)系的速度比理论上要快得(dé)多(duō)，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的(de)，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部(bù)分不可(kě)见的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福(fú)特(tè)在(zài)观(guān)测(cè)仙(xiān)女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨(guǐ)道(dào)上(shàng)的(de)运行速度就会(huì)越慢。但是他(tā)们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒(héng)星的旋转速(sù)度几(jǐ)乎保持(chí)不变(biàn)。可(kě)是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星(xīng)系当中如果(guǒ)没有足够大的质(zhì)量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现象，科(kē)学家(jiā)们会使(shǐ)用一(yī)种相(xiāng)对(duì)标准的方法来(lái)解(jiě)释(shì)暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系(xì)当中气体在X轴上距(jù)离(lí)星系中心的距离(lí)，以及(jí)在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如(rú)果出现(xiàn)异常(cháng)的结(jié)果，就认为(wèi)是由(yóu)暗(àn)物质的(de)力量进(jìn)入其中。

于是科学(xué)家(jiā)们通过射电望远镜测量了距离星(xīng)系(xì)中心(xīn)更远(yuǎn)距离(lí)的(de)氢元素，发(fā)现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距(jù)离银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律进行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该(gāi)是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围(wéi)绕(rào)银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度远远大(dà)于理论(lùn)速度，那(nà)么产生(shēng)以上这种向心加(jiā)速度的原因(yīn)很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是(shì)这些暗物(wù)质的引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究人(rén)员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释(shì)这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在一项新的研究当中(zhōng)，科(kē)学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的(de)遥远恒星之(zhī)间，也会出现速(sù)度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星(xīng)系正五边形的外角和等于多少度第二人生，正五边形的外角和等于多少度的内角(xì)距离地(dì)球大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数(shù)量却(què)只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗物质，否(fǒu)则就(jiù)会(huì)分崩离(lí)析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的(de)详细测量(liàng)之后，发现星系(xì)中的恒星运动是可(kě)以用正(zhèng)常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大(dà)星(xīng)系(xì)剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没(méi)有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的(de)假说之外(wài)，另(lìng)一种(zhǒng)可(kě)能就是人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引力很(hěn)可(kě)能在不同尺度(dù)空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这(zhè)意(yì)味(wèi)着在行星(xīng)系(xì)尺度中的天体会(huì)沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互作用则是不同的方式。对于(yú)在(zài)星系团之间的相互作用，科(kē)学家还引入(rù)了外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年(nián)的规(guī)模上，巨大(dà)的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的(de)物理定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行修正，这些发现也(yě)让很多人认为暗物(wù)质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于(yú)暗(àn)物(wù)质存在的其(qí)他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些(xiē)理论(lùn)证据(jù)是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向(xiàng)距(jù)离(lí)为37亿(yì)光年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似(shì)这(zhè)样的(de)星团，它们(men)大(dà)部分的普通质量都在星系的气(qì)体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度(dù)的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部(bù)分的质(zhì)量将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么(me)我们通过(guò)什(shén)么来验证它的质量区(qū)域(yù)到(dào)底(dǐ)是不是集中在中(zhōng)间(jiān)呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中(zhōng)我(wǒ)们可以(yǐ)明(míng)显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了(le)巨(jù)大的形变。其实这些星系(xì)本(běn)身并(bìng)不是真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地(dì)球(qiú)上的观测者之(zhī)间。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨(jù)大的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个(gè)超大质(zhì)量(liàng)的东西的(de)引(yǐn)力(lì)，会(huì)使(shǐ)身后更(gèng)遥远星(xīng)系的光都(dōu)发(fā)生(shēng)了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的(de)天体可(kě)能是超大(dà)质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们(men)对子弹星系团(tuán)观测的时(shí)候，发(fā)现它的(de)大(dà)质量区(qū)域并不(bù)是(shì)在中间，而是在(zài)两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方法就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到(dào)的质量气(qì)体(tǐ)被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并(bìng)在两边(biān)形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止(zhǐ)最好的(de)理论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色(sè)的(de)部(bù)分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间(jiān)的温(wēn)差只有万分之(zhī)一。

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之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看起来(lái)不应该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值(zhí)的(de)幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量(liàng)值，我们需要(yào)的暗(àn)物(wù)质(zhì)大约是普通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星(xīng)运动所需(xū)要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单(dān)的理(lǐ)论框架，就很好地解释(shì)了(le)很多(duō)不(bù)同的(de)观(guān)测结果。而暗物(wù)质的本质(zhì)就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何(hé)其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种粒子的(de)存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。这种粒子(zi)到底是什么？科(kē)学家(jiā)们已经(jīng)提出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要(yào)寻(xún)找这些不同(tóng)的目标粒子所需(xū)要(yào)的实验(yàn)方式也(yě)不(bù)相同。在过(guò)去的几十年(nián)当中，人类为(wèi)了寻(xún)找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们(men)已(yǐ)经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格(gé)兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地(dì)下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观(guān)测(cè)到了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多(duō)年的数据收集，人(rén)们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类(lèi)发现暗物质(zhì)的(de)第一(yī)个直接证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质会产生周(zhōu)期性的(de)年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕(rào)着(zhe)银(yín)河(hé)系进行(xíng)移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着(zhe)我们也在以这样的速(sù)度(dù)在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这个过(guò)程(chéng)中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河(hé)系(xì)的方向是(shì)一致的，而另外(wài)半(bàn)年则与(yǔ)之相反。

而(ér)在(zài)6月(yuè)份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际(jì)的(de)情况(kuàng)中，太(tài)阳系相对银(yín)河系的平面呈(chéng)现了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是(shì)这并不影响这个(gè)理论的有效(xiào)性。

因此科(kē)学(xué)家认为这(zhè)可(kě)以(yǐ)用来解(jiě)释，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号。当然(rán)也可(kě)能有(yǒu)其他的情况，造(zào)成这种年(nián)度周期(qī)信号(hào)的差(chà)异也可能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意(yì)大(dà)利游客的数量也(yě)符合这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又在南(nán)半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季(jì)节与之(zhī)前(qián)的实验室正好相反(fǎn)，而(ér)在这(zhè)里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流的运动特征和第一(yī)个(gè)实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常有力的证据了。但(dàn)是(shì)由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的(de)数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主(zhǔ)镜(jìng)大(dà)小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野(yě)是(shì)哈勃红外仪器的(de)100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索暗(àn)物(wù)质背(bèi)后的(de)奥秘，对于探测(cè)的结果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实(shí)验室粒子天体物(wù)理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生(shēng)，或者(zhě)说(shuō)是生命进化的一(yī)个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗物质(zhì)会不(bù)会意味着人类(lèi)并不(bù)孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的(de)大前提是要(yào)先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么(me)小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持是(shì)我更新的动力！

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