宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学(xué)无(wú)法解(jiě)释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗(àn)物质存在(zài)的(de)证据，科(kē)学家(jiā)们在过去的(de)几十年当中进行了超过(guò)50次(cì)的长期实验(yàn)，但是却没有发(fā)现任何的(de)有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲(zhé)学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)两斤大概有多重参照物，2斤有多重？体运动的规(guī)律(lǜ)。往后(hòu)的(de)几百年来，当天文学家们发(fā)现某(mǒu)些(xiē)天体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常，不符(fú)合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时候，他(tā)们(men)就(jiù)会知道，周围一定有未知的(de)天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就通过天王(wáng)星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥(míng)王星的发现都是应(yīng)用(yòng)万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都(dōu)是在(zài)恒星系统的(de)尺度(dù)当中，可当(dāng)我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星系(xì)团的质量。这是一个由数(shù)千个星系所组成的巨(jù)大星(xīng)系团(tuán)，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的(de)质量一(yī)般(bān)会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的(de)质(zhì)量"，需要的数据是测量各个(gè)星(xīng)系(xì)的(de)光度。

第二(èr)种是动力学质量(liàng)的(de)计算，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系(xì)相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量(liàng)”的(de)400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发(fā)座星(xīng)系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是(shì)，在测(cè)量速度的(de)过(guò)程中，兹威基发(fā)现(xiàn)星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论(lùn)上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的(de)质量所(suǒ)产生的(de)引力(lì)是无(wú)法将它们束(shù)缚在星系团(tuán)内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了(le)，除非(fēi)有一种(zhǒng)神(shén)秘的(de)力量在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样(yàng)部分不可(kě)见的(de)暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的(de)人们对这(zhè)样的(de)一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来(lái)说，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速(sù)度就会越慢(màn)。但(dàn)是他们(men)观测的结(jié)果却让人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随(suí)着(zhe)与(yǔ)中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星系当中如(rú)果(guǒ)没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗(àn)物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量(liàng)星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心的(de)距(jù)离(lí)，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转速度。如果出现(xiàn)异常的(de)结(jié)果(guǒ)，就(jiù)认为是由(yóu)暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是(shì)科(kē)学家们(men)通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星(xīng)系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的(de)太阳(yáng)系也不例(lì)外，太(tài)阳(yáng)系位于银河系的第(dì)三悬臂(bì)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(lǜ)进行计(jì)算(suàn)，太(tài)阳系的运行(xíng)速度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这(zhè)个实际(jì)速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这(zhè)种向(xiàng)心(xīn)加速度的原因(yīn)很可(kě)能(néng)就是(shì)存在着一种我(wǒ)们看不到(dào)的物质，是(shì)这些暗(àn)物(wù)质的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研(yán)究(jiū)人(rén)员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根(gēn)据星系(xì)外恒星轨道(dào)的速度，估算在星(xīng)系当中(zhōng)暗物(wù)质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不(bù)是(shì)唯一可以解释这个现象的(de)原(yuán)因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有(yǒu)引力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上的微小差(chà)异(yì)。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多，但是星系(xì)当中存在的恒(héng)星数(shù)量却只有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离(lí)析。但是(shì)科学家们使用最(zuì)先(xiān)进的(de)望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了(le)40个小时(shí)的详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用(yòng)正常的物质(zhì)和力学定律来解释的(de)。那么(me)又有人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附(fù)近的另一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没(méi)有任何星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质的(de)假说之外，另一种可能就是人(rén)类(lèi)对引力的理(lǐ)解还(hái)不够(gòu)全(quán)面，引力(lì)很可能在不(bù)同尺度空间中的工(gōng)作(zuò)方式是不同的，这(zhè)意味着(zhe)在行星系(xì)尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解的方式运动(dòng)。但是(shì)上升(shēng)到(dào)星(xīng)系和(hé)星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用(yòng)则是不同(tóng)的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还(hái)引入(rù)了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数(shù)百万光年(nián)的规(guī)模上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间会产生对彼此特殊的(de)效(xiào)果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现(xiàn)也让很多人认为暗(àn)物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关(guān)于暗(àn)物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论(lùn)证据是蒙(méng)德理论(lùn)所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个(gè)碰撞的(de)星系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气体的相(xiāng)互作用就会(huì)导(dǎo)致(zhì)温度的(de)急剧升高(gāo)，速(sù)度(dù)大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所(suǒ)有(yǒu)这(zhè)些气(qì)体所在的中(zhōng)间区域。那么我们(men)通过(guò)什么(me)来验证它的质量区(qū)域到底是(shì)不是(shì)集中在(zài)中间呢(ne)？前(qián)不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一(yī)张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以明显地(dì)看到(dào)很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨(jù)大的(de)形变。其实这些星系本(běn)身(shēn)并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么(me)问题(tí)，而是这(zhè)样(yàng)极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们地球上的(de)观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的(de)天体(tǐ)遮(zhē)挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的(de)东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的(de)光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能是超(chāo)大质量的(de)黑洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当人们对(duì)子弹(dàn)星系团观(guān)测的时(shí)候，发(fā)现它的大质量(liàng)区(qū)域并(bìng)不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时(shí)，可(kě)被(bèi)观测到(dào)的质量气体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过(guò)了这个区域，并在两边(biān)形(xíng)成了引力透镜。对(duì)子(zi)弹星(xīng)系(xì)团的(de)引力透镜研究(jiū)也(yě)被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越在(zài)宇宙当中了(le)。经过了130多(duō)亿(yì)年之(zhī)后，这(zhè)些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同(tóng)性的微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红色的(de)部分(fēn)表示温度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区(qū)域，但实际(jì)上它们之间的(de)温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对前(qián)景背景(jǐng)分离后的二值图像进行连通域提(tí)取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当(d两斤大概有多重参照物，2斤有多重？āng)中没有暗物质(zhì)，图(tú)形看起来不应(yīng)该是这样(yàng)的，而随着(zhe)暗物质(zhì)的(de)增加，一些峰值的幅度(dù)会减(jiǎn)小(xiǎo)，才(cái)变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当(dāng)中恒星(xīng)运动所需要的暗物(wù)质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一(yī)个(gè)简单的理论框架(jià)，就很好(hǎo)地解释(shì)了(le)很多不同的观测结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中存在(zài)着(zhe)某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来(lái)相互作(zuò)用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找到这(zhè)种粒子(zi)的存在(zài)，就(jiù)相当于找到了暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。这(zhè)种粒子到底是什(shén)么？科学家(jiā)们已经提出了数十种(zhǒng)的(de)假想目标，而要寻找这(zhè)些不(bù)同的目(mù)标粒(lì)子所需要的(de)实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了(le)寻找这些看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不会与常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上(shàng)最大的(de)地(dì)学实验(yàn)室，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的(de)探测器，一直(zhí)致(zhì)力(lì)于寻找暗物质(zhì)粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里(lǐ)的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据(jù)收集(jí)，人(rén)们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到(dào)最低，而且在20年(nián)当中(zhōng)每年都是一样。一(yī)些(xiē)科学家(jiā)认为这可(kě)能是人类发现暗物(wù)质的第一个直接证(zhèng)据。

但是(shì)为(wèi)什么(me)暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的(de)速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过(guò)程中会产生相应的振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公里/秒的(de)速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球(qiú)围绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系(xì)的(de)方向是一致的，而另外半年则(zé)与之(zhī)相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全(quán)一致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最(zuì)快的(de)时(shí)段。而(ér)在11月份，又恰(qià)好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管在实际(jì)的(de)情况(kuàng)中(zhōng)，太(tài)阳系相(xiāng)对银(yín)河系的平(píng)面呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的(de)有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来(lái)解(jiě)释，研究人员们(men)所观测(cè)到的周期性信(xìn)号。当然也(yě)可能有其他(tā)的情况，造成(chéng)这(zhè)种(zhǒng)年度(dù)周期信号的差(chà)异也可(kě)能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积(jī)雪(xuě)，甚(shèn)至连意大利游客的(de)数(shù)量(liàng)也符(fú)合这个周期的(de)规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建(jiàn)立了(le)一(yī)个(gè)几乎(hū)相(xiāng)同的实(shí)验室，这里的季(jì)节(jié)与(yǔ)之前的(de)实(shí)验室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可以两斤大概有多重参照物，2斤有多重？成为暗物质所(suǒ)存在的非常(cháng)有(yǒu)力的证据了。但是(shì)由于这个实验(yàn)室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还(hái)无法提供相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的望远镜，这(zhè)台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键(jiàn)的用(yòng)途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测(cè)的结(jié)果，我们只能(néng)拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物(wù)理中心的科学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它(tā)们极有可(kě)能拥有另一种神秘(mì)的效应(yīng)，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的(de)诞生，或(huò)者说是生命进化(huà)的一个重要因素(sù)。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到进(jìn)一步(bù)的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)的暗(àn)物质会不会意味着(zhe)人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落的(de)行星上(shàng)，暗物(wù)质正在通过(guò)这(zhè)样的效应创造生(shēng)命。当然，这(zhè)些推论的大前(qián)提是(shì)要先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新的动力！

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