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(wù)质又究竟是什么？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证据(jù)，科学家们在过去的几十年(niá200mm是多少米，2000mm是多少米n)当中进行了(le)超过50次的长期实验(yàn)，但是却(què)没(méi)有(yǒu)发现任何(hé)的(de)有(yǒu)效证据。除了一个地(dì)方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体(tǐ)运动的(de)规律(lǜ)。往后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天(tiān)文(wén)学家(jiā)们发(fā)现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知(zhī)的天体通过(guò)引力在摄(shè)动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王(wáng)星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都(dōu)是(shì)应(yīng)用(yòng)万有(yǒu)引力(lì)定律所(suǒ)取得(dé)重大天(tiān)文成就的例子。但(dàn)是这些(xiē)发现都是在(zài)恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情就开(kāi)始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和(hé)测(cè)量后(hòu)发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千(qiān)个(gè)星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被(bèi)引(yǐn)力(lì)束缚在一(yī)起(qǐ)。测量(liàng)星(xīng)系团的质200mm是多少米，2000mm是多少米量一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方(fāng)法(fǎ)结果一致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种是(shì)动力学(xué)质量的计算(suàn)，是(shì)利(lì)用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星(xīng)系相对(duì)于(yú)星系团的运动速度(dù)。当测量结果出来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的(de)400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或(huò)者(zhě)说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无(wú)法看到。最诡(guǐ)异的(de)是(shì)，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见(jiàn)星(xīng)系的质量所产(chǎn)生(shēng)的(de)引力(lì)是(shì)无(wú)法将它们束(shù)缚在(zài)星系团内的(de)，它们早就(jiù)应该(gāi)被抛出星系(xì)团之外(wài)了，除非(fēi)有一种神(shén)秘(mì)的(de)力(lì)量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基(jī)提出(chū)了(le)这(zhè)样部分不可见的暗质，它(tā)不(bù)发散光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但(dàn)是(shì)它们却占据(jù)着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分的(de)质量。只是当时的人们对(duì)这(zhè)样(yàng)的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一(yī)次出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特(tè)在观测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心(xīn)越(yuè)远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感(gǎn)到不可(kě)思(sī)议。

随着(zhe)与中心(xīn)距(jù)离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的(de)质(zhì)量(liàng)来吸引它们(men)，这些外围的(de)恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基(jī)于(yú)这种现象(xiàng)，科学家们会使用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的方(fāng)法来解释暗(àn)物质(zhì)的存(cún)在，这种方(fāng)法就是测量(liàng)星(xīng)系当中(zhōng)气(qì)体在X轴上(shàng)距离星系(xì)中(zhōng)心的(de)距离(lí)，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家(jiā)们(men)通(tōng)过射电望远镜测量了距离星(xīng)系(xì)中心更远距离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于(yú)理论(lùn)速度，那么(me)产生(shēng)以上这(zhè)种向心加速度的原(yuán)因(yīn)很可能就是存在着一种我们看不到的物(wù)质(zhì)，是这些(xiē)暗物质(zhì)的引(yǐn)力效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多(duō)的研(yán)究人(rén)员开始相信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系(xì)当中(zhōng)暗物(wù)质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的(de)原因。在一项新的(de)研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星(xīng)数量却只有银河系(xì)的(de)千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系(xì)必(bì)须存在暗物(wù)质(zhì)，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但(dàn)是科(kē)学(xué)家(jiā)们使(shǐ)用最先(xiān)进的望远镜对其进(jìn)行(xíng)了40个(gè)小时(shí)的详细(xì)测(cè)量之后，发(fā)现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么(me)又有人提出(chū)，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质，已经被(bèi)附(fù)近的另一个大星系剥(bō)离(lí)了(le)。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星系存(cún)在。造成(chéng)这些现(xiàn)象(xiàng)的除了(le)暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一种可能(néng)就是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可(kě)能在不同尺(chǐ)度(dù)空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方(fāng)式运动(dòng)。但是(shì)上升到星(xīng)系和星团的尺(chǐ)度(dù)，引力之间(jiān)的相互作用(yòng)则是不同的方式。对于(yú)在星系团之(zhī)间的(de)相互作用(yòng)，科学家还引入了外(wài)部场效(xiào)应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发(fā)现也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中还(hái)有关于暗物质存在(zài)的其他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙德理论(lùn)所没法解(jiě)释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所(suǒ)组成(chéng)，类似(shì)这(zhè)样的星团，它们大部(bù)分的普通质量都在星系的气(qì)体(tǐ)当中。当(dāng)星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用(yòng)就会(huì)导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团大部(bù)分的质量(liàng)将(jiāng)位(wèi)于所有这些气体所(suǒ)在的(de)中间区域。那么我(wǒ)们通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当(dāng)中第(dì)一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可(kě)以明(míng)显地看到很多(duō)星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大(dà)的(de)形变。其实(shí)这些星系本身并不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出(chū)了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地(dì)球上的观测者(zhě)之间。被一个(gè)质量超级巨(jù)大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远星系的光都发生(shēng)了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的天体(tǐ)可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)观测的(de)时候(hòu)，发现它(tā)的大质(zhì)量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的(de)质量气体(tǐ)被卡在了(le)中间，暗物质则直(zhí)接通(tōng)过了这(zhè)个区域，并在两边(biān)形成了引力透(tòu)镜。对(duì)子弹星系团的引力(lì)透(tòu)镜研究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质存在的(de)迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据(jù)。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下了各相(xiāng)同性(xìng)的微波(bō)辐射。其中红色的部(bù)分表(biǎo)示温度较高(gāo)的(de)区域，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实(shí)际上它(tā)们之(zhī)间的温差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而(ér)随着暗(àn)物质的(de)增加，一些峰值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们(men)需要(yào)的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字(zì)与解(jiě)释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质比(bǐ)例(lì)是一致的(de)。这就意(yì)味着。

用(yòng)了一个(gè)简单的理论框架，就(jiù)很(hěn)好地解释了很多不(bù)同(tóng)的观测(cè)结(jié)果。而暗物质(zhì)的(de)本质就(jiù)是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在(zài)着某种类型的粒(lì)子，它们(men)不(bù)参(cān)与(yǔ)任何(hé)其他的电磁(cí)作用，只通过(guò)引力来(lái)相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找到这(zhè)种粒子(zi)的存在，就相当(dāng)于找到了暗物质存(cún)在的(de)实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什(shén)么？科学家们已(yǐ)经提出(chū)了数十种的假想目标，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同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规(guī)物质(zhì)相互作用的(de)“暗物(wù)质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的(de)实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地(dì)方，意(yì)大(dà)利的(de)格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着地(dì)球(qiú)上最大的地学实验室(shì)，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层楼(lóu)高(gāo)的探(tàn)测(cè)器，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒(lì)子的(de)周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过(guò)了20多年(nián)的数(shù)据(jù)收(shōu)集，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探测率会在每年(nián)的(de)6月份达(dá)到峰(fēng)值，然后在(zài)11月降(jiàng)到(dào)最低，而且在20年(nián)当(dāng)中(zhōng)每年都(dōu)是(shì)一样。一(yī)些科学家认为这可(kě)能是人(rén)类(lèi)发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围绕着(zhe)银(yín)河系进行移动，那么如(rú)果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样(yàng)的速度在(zài)穿越着(zhe)暗物(wù)质流，这个过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年的(de)时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳的(de)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月份的时候，地(dì)球与太阳(yáng)的方(fāng)向正好达到完全一致，这(zhè)是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了(le)最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)的情况中，太阳系(xì)相对银(yín)河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但(dàn)是这并不影响这个理论(lùn)的(de)有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解释，研(yán)究人员们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性(xìng)信(xìn)号。当然也可(kě)能有其他的情况(kuàng)，造(zào)成这种年度周期信号的差(chà)异也(yě)可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚(shèn)至(zhì)连(lián)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(xué)家们又(yòu)在南(nán)半(bàn)球建立了一(yī)个几乎相同的(de)实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验(yàn)室(shì)正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗(àn)物(wù)质流(liú)的运动特(tè)征(zhēng)和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为(wèi)暗物质所存在的(de)非常有力的证(zhèng)据(jù)了。但是(shì)由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的(de)视(shì)野是哈勃红外(wài)仪器(qì)的(de)100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗曼太空望(wàng)远镜其中(zhōng)一(yī)个关(guān)键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭目(mù)以待(dài)了。费米实验室(shì)粒子天体(tǐ)物理中心的(de)科(kē)学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存(cún)在(zài)，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持(chí)宇宙当中生命的(de)诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论(lùn)得到进(jìn)一步的(de)证实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的(de)大(dà)前提是要先(xiān)找(zhǎo)到(dào)暗物(wù)质存在的(de)实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质(zhì)到(dào)底(dǐ)存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新(xīn)的(de)动(dòng)力！

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