宇宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟(jìng)是什(shén)么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据(jù)，科学家们在(zài)过去的几十(shí)年(nián)当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没有发现任何(hé)的有效(xiào)证据。除了一个(gè)地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然(rán)哲学(xué)数学原理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发(fā)表了万有引力定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天(tiān)体(tǐ)运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万(wàn)有引力定律的时(shí)候，他(tā)们就会知道，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的天(tiān)体(tǐ)通过(guò)引(yǐn)力在(zài)摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就(jiù)通过天王星(xīng)运(yùn)行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海(hǎi)王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的(de)发现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天(tiān)文成就(jiù)的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗里茨(cí)兹威基正在研(yán)究(jiū)和测量后(hòu)发(fā)星(xīng)系团的(de)质量。这是一个(gè)由数千个星系(xì)所组成的(de)巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量(liàng)星系团(tuán)的质量一般会使(shǐ)用到两种方(fāng)法，当两种方法结果一(yī)致，就可以(yǐ)确定其质量的(de)范围。

第(dì)一种是(shì)获得其"光度(dù)学的质量(liàng)"，需要的数(shù)据(jù)是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移(yí)测量(liàng)星系团中的各个星系相对(duì)于(yú)星(xīng)系团的运动(dòng)速度。当测量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵(měng)了(le)，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是(shì)“光(guāng)度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系(xì)团中(zhōng)很(hěn)多星系(xì)的(de)速度比理(lǐ)论上要快得多，按(àn)照牛(niú)顿的运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星系(xì)的质量所产生的(de)引力是(shì)无(wú)法将它们束缚在星系团内的(de)，它们早就应该被抛出(chū)星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘(mì)的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提(tí)出(chū)了这样(yàng)部(bù)分(fēn)不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样(yà郑州是哪个省的城市，郑州是哪个省的城市啊ng)的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词(cí)才再(zài)一(yī)次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在(zài)观测仙(xiān)女(nǚ)座(zuò)星系中的恒星(xīng)运动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其(qí)轨道上的(de)运(yùn)行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎(hū)保持不变。可是(shì)根据牛顿的(de)万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没(méi)有足够大的(de)质量来吸引它(tā)们(men)，这些外围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学家们(men)会(huì)使用一种相对标准的方(fāng)法来解(jiě)释暗物质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距(jù)离星系中心(xīn)的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速(sù)度。如果出(chū)现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力(lì)量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测(cè)量了距离星系中心(xīn)更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素(sù)，发现它们的(de)旋转速(sù)度(dù)并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太(tài)阳系(xì)位(wèi)于银(yín)河系的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离(lí)银(yín)河系中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有引(yǐn)力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银(yín)河(hé)系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到(dào)的物质，是这些暗物质(zhì)的引力(lì)效应将星(xīng)系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的(de)研究人员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒(héng)星轨道的速(sù)度，估(gū)算(suàn)在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并不是(shì)唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的(de)研究当中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也(yě)会(huì)出现速度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的(de)星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是(shì)星(xīng)系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在理论上，该(gāi)星(xīng)系必(bì)须存在(zài)暗物(wù)质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离(lí)析。但(dàn)是科(kē)学家(jiā)们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量之(zhī)后(hòu)，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用(yòng)正常的(de)物质(zhì)和力学(xué)定律(lǜ)来(lái)解释的(de)。那么又有(yǒu)人提出(chū)，也许(xǔ)该星系的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近的另(lìng)一个(gè)大星(xīng)系(xì)剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它的附近(jìn)没有任何(hé)星系存(cún)在。造成这些现象(xiàng)的(de)除了暗物(wù)质的(de)假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度(dù)空间(jiān)中的工作(zuò)方式是不同(tóng)的，这意味(wèi)着在行星(xīng)系尺度中的天体会(huì)沿着它们(men)的轨(guǐ)道，按(àn)照我(wǒ)们(men)所理解的方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的方(fāng)式。对于在(zài)星系团之(zhī)间的相(xiāng)互作用，科学(xué)家还引(yǐn)入了外(wài)部场效(xiào)应的概念，指的是在数(shù)百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些发现也让很(hěn)多人认(rèn)为暗(àn)物质(zhì)假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的(de)理(lǐ)论证据，这些(xiē)理论证据(jù)是(shì)蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光年(nián)的子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞的星(xīng)系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它(tā)们(men)大部分的普通质量都在(zài)星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当星团(tuán)以(yǐ)1000万(wàn)公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体的(de)相互作(zuò)用就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部(bù)分的质量将位于所有这些气体所在的(de)中(zhōng)间区域。那么我们通(tōng)过什么来(lái)验证它的质(zhì)量区域(yù)到底是不是(shì)集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可以明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了(le)，也不(bù)是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什么问题，而(ér)是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我们地球上的观(guān)测者之(zhī)间(jiān)。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的(de)东西(xī)的引力，会使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就(jiù)是引力(lì)透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超(chāo)大(dà)质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质。

所以当(dāng)人们(men)对子(zi)弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的(de)大质(zhì)量区(qū)域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的(de)质(zhì)量气(qì)体被卡在了(le)中间，暗(àn)物质则(zé)直接通(tōng)过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系(xì)团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于(yú)可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留下(xià)了各相(xiāng)同(tóng)性(xìng)的微(wēi)波辐(fú)射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则表示相对(duì)较(jiào)冷(lěng)的区(qū)域，但(dàn)实际上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的(de)二值图像(xiàng)进(jìn)行(xíng)连(lián)通(tōng)域提(tí)取和标记(jì)之后发现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而随(suí)着暗(àn)物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们需要(yào)的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星(xīng)系当中恒(héng)星运动所需要的(de)暗物(wù)质比例是一(yī)致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地(dì)解释了很(hěn)多不同(tóng)的观(guān)测结果。而暗物(wù)质的本质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子，它(tā)们不参与任何其(qí)他的电(diàn)磁(cí)作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的存(cún)在，就相当于(yú)找到了暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要寻(xún)找这些(xiē)不(bù)同的目(mù)标粒(lì)子所(suǒ)需要的实验(yàn)方式也不相同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些(xiē)看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会与常规物(wù)质相互作用的(de)“暗物质”，科(kē)学家们已经(jīng)进行了超过50次(cì)的实(shí)验(yàn)，却没(méi)有(yǒu)任何实(shí)质性(xìng)的发现(xiàn)，除(chú)了一个(gè)地方，意大利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地球上最大的(de)地(dì)学实验室，这个实(shí)验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层楼高(gāo)的探测器，一直(zhí)致(zhì)力(lì)于(yú)寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的(de)科学家(jiā)声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现了(le)一个有(yǒu)趣的事(shì)情(qíng)。探(tàn)测率会(huì)在每年的(de)6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而(ér)且在20年当(dāng)中每年都是一(yī)样。一(yī)些科(kē)学(xué)家认(rèn)为这可能是人类(lèi)发现暗(àn)物(wù)质的第(dì)一(yī)个直接(jiē)证据。

但是为什么(me)暗物质(zhì)会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)着银河系进(jìn)行移(yí)动，那么(me)如果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味着我们也在(zài)以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流(liú)，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年(nián)的时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳(yáng)的(de)方向正好达到完全(quán)一致(zhì)，这是理论上地(dì)球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了(le)最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际(jì)的情况中，太阳系相对银(yín)河系(xì)的(de)平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科(kē)学(xué)家认为这可以用来解释，研(yán)究(jiū)人(rén)员们所观(guān)测到的周期性信号(hào)。当(dāng)然(rán)也可能(néng)有其他(tā)的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差(chà)异也可能是温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客(kè)的(de)数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的实(shí)验室，这里的季节与之前(qián)的实(shí)验室正好(hǎo)相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特(tè)征和第(dì)一(yī)个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得(dé)到相同(tóng)的信(xìn)号，就可以成为(wèi)暗物质(zhì)所存在(zài)的非常有力的证据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无法提供相(xiāng)应的(de)数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼(màn)太空(kōng)望(wàng)远镜其中一(yī)个关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探测(cè)的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了(le)。费米实验室粒子天体(tǐ)物(wù)理(lǐ)中心的科(kē)学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究(jiū)发现，如果暗物质存在(zài)，它们极(jí)有(yǒu)可能拥(yōng)有另(lìng)一种神秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这(zhè)一(yī)理论得(dé)到进一(yī)步的(de)证实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗(àn)物质会不(bù)会意(yì)味着人类并不孤单(郑州是哪个省的城市，郑州是哪个省的城市啊dān)呢？或(huò)许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某个(gè)角落的(de)行(xíng)星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的(de)实(shí)际(jì)证据(jù)。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到(dào)底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动(dòng)力！

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