宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是(shì)什(shén)么(me)？人类(lèi)为了寻找暗(àn)物质存在(zài)的证(zhèng)据，科学(xué)家们在(zài)过去的几十年(nián)当中进(jìn)行了超过50次(cì)的长期实验(yàn)，但是却没有发(fā)现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲学数学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天文(wén)学家们(men)发(fā)现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力(lì)定律(lǜ)的时候，他们就会知(zhī)道(dào)，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力(lì)在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的(de)异(yì)常，推算并且发现了海(hǎi)王(wáng)星的存在(zà部门经理大还是总监大，部门经理大还是总监大些i)。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用(yòng)万有(yǒu)引力(lì)定律所取得重大天(tiān)文(wén)成(chéng)就(jiù)的例子。但是这些发(fā)现(xiàn)都是在恒(héng)星系(xì)统的(de)尺(chǐ)度当中，可当(dāng)我们(men)上(shàng)升到(dào)星(xīng)系或(huò)者是星团的(de)尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学(xué)家(jiā)弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后(hòu)发星系团的质量。这(zhè)是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大(dà)星系团，这些星(xīng)系被引力束(shù)缚在(zài)一起。测量星系(xì)团的质量(liàng)一般会使用(yòng)到两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以(yǐ)确定其(qí)质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是(shì)测(cè)量(liàng)各个星系的光度。

第(dì)二种是动力(lì)学质(zhì)量的(de)计算，是利用光谱红移(yí)测量(liàng)星系团中的各(gè)个(gè)星系相对于星(xīng)系团(tuán)的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失(shī)了，或者说(shuō)这99%的质量并不(bù)以可见(jiàn)光的形(xíng)式所存在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现(xiàn)星(xīng)系团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这(zhè)些可见星系的质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法(fǎ)将它(tā)们束缚在(zài)星系团内的，它们早就应该(gāi)被(bèi)抛出星(xīng)系团之外(wài)了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起(qǐ)作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形(xíng)的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时(shí)的人(rén)们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女部门经理大还是总监大，部门经理大还是总监大些座(zuò)星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的(de)恒星在其(qí)轨道上的运行速度就会越慢。但是他们(men)观测的结果(guǒ)却让人感到(dào)不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当中如果(guǒ)没(méi)有足够大(dà)的质(zhì)量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种现象，科学(xué)家们会使(shǐ)用(yòng)一种相(xiāng)对标准的(de)方(fāng)法来解释暗物质的存在(zài)，这(zhè)种方法就是(shì)测量星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离(lí)星系中心(xīn)的(de)距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气(qì)体(tǐ)的(de)旋(xuán)转速(sù)度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结(jié)果，就认为(wèi)是由暗(àn)物(wù)质的力(lì)量进入其中。

于是科学(xué)家们通过(guò)射电望远镜测(cè)量了距离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它(tā)们的旋转速(sù)度(dù)并不(bù)符合牛(niú)顿的力(lì)学(xué)定(dìng)律。我们(men)的太阳系也不例外(wài)，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速(sù)度远远大于理(lǐ)论(lùn)速度，那么(me)产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心加速(sù)度的原(yuán)因很可能就(jiù)是存在(zài)着一种我(wǒ)们(men)看不到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应(yīng)将星系(xì)聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始，越来越多(duō)的(de)研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根(gēn)据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗(àn)物质的质量占(zhàn)整个星系质(zhì)量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的研(yán)究当中，科学家们(men)发现，几乎没(méi)有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也会(huì)出现(xiàn)速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系(xì)不多，但是星系当中存在(zài)的恒(héng)星数(shù)量(liàng)却只有银河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发现星系(xì)中(zhōng)的恒星运(yùn)动是(shì)可以用正(zhèng)常(cháng)的物质(zhì)和力(lì)学定律来解(jiě)释的。那么又有人(rén)提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大(dà)星系(xì)剥(bō)离(lí)了。奇怪的(de)是，它的附(fù)近没(méi)有任何星系存在。造成这(zhè)些现象的除了(le)暗物质的(de)假(jiǎ)说之外(wài)，另一种可能就(jiù)是(shì)人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意(yì)味着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿(yán)着(zhe)它(tā)们的轨道，按(àn)照我们所理解(jiě)的方式运(yùn)动(dòng)。但是(shì)上升到星系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的(de)方式(shì)。对于在(zài)星系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效应的(de)概念，指的(de)是在数百万光(guāng)年(nián)的(de)规(guī)模上，巨大的质量(liàng)之间会(huì)产生对彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这(zhè)意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为(wèi)暗物(wù)质(zhì)假说理论(lùn)就(jiù)此(cǐ)终结。但(dàn)是(shì)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有(yǒu)关于(yú)暗物质(zhì)存在的其他(tā)的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没(méi)法解释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的(de)星系团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样的星团(tuán)，它们大部分的(de)普(pǔ)通(tōng)质量都在星系的(de)气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相互作(zuò)用就会导致温度(dù)的(de)急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰(pèng)撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分(fēn)的质量(liàng)将位(wèi)于所(suǒ)有(yǒu)这些气体(tǐ)所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证(zhèng)它的质量区域(yù)到底是不是集中在中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第(dì)一张全彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片(piàn)中我们可以明显地看(kàn)到很多(duō)星(xīng)系似乎被拉(lā)伸(shēn)产生(shēng)了巨大的(de)形变。其(qí)实(shí)这些星系本身并不是真(zhēn)的(de)被扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了什(shén)么问(wèn)题(tí)，而(ér)是这(zhè)样极遥远(yuǎn)的天体和我们地(dì)球(qiú)上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量(liàng)的(de)东西的引力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨(jù)大的(de)天(tiān)体可能是超(chāo)大质(zhì)量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大(dà)质量区(qū)域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的(de)解释方(fāng)法(fǎ)就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时(shí)，可被观(guān)测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质(zhì)则直接通过了这个区域(yù)，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄(qì)今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来(lái)自宇宙(zhòu)当中最古老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了(le)130多(duō)亿年(nián)之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表(biǎo)示(shì)温度(dù)较高的(de)区(qū)域，蓝色则表示相(xiāng)对(duì)较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间的温差(chà)只有万分之(zhī)一。

科学家们通过(guò)对前(qián)景背景(jǐng)分离后的二值图(tú)像进行连通域提取和(hé)标记之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应(yīng)该(gāi)是这样的，而(ér)随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐射的(de)测(cè)量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需要的暗物(wù)质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了(le)一个(gè)简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就(jiù)很好地(dì)解释了很多不(bù)同的观测结果。而(ér)暗(àn)物质的本质就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在(zài)着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒(lì)子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用(yòng)。所(suǒ)以如果能(néng)够找到(dào)这(zhè)种粒子(zi)的存在，就相当于找到(dào)了暗(àn)物质存(cún)在(zài)的实(shí)际证据。这种粒子到(dào)底是什么(me)？科学家(jiā)们已经提出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要(yào)的(de)实验(yàn)方式(shì)也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看(kàn)不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们已经进(jìn)行(xíng)了超过50次的实(shí)验，却没(méi)有任(rèn)何实质性的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室(shì)，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声(shēng)称观测到(dào)了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了20多年的(de)数(shù)据收集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而(ér)且在(zài)20年(nián)当中每(měi)年都(dōu)是一样。一些科(kē)学家认为这(zhè)可能是人类发现暗物(wù)质的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期性的(de)年度(dù)信号(hào)呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在(zài)以这(zhè)样的速度在(zài)穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这个(gè)过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳(yáng)环绕银河系的方(fāng)向(xiàng)是一致的(de)，而(ér)另(lìng)外半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正(zhèng)好达(dá)到(dào)完全(quán)一致，这是理论(lùn)上地球(qiú)穿越暗物质流(liú)最快(kuài)的(de)时段(duàn)。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到了(le)最(zuì)慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太(tài)阳系(xì)相对银(yín)河系的(de)平面呈现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这并(bìng)不影响这个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释(shì)，研究人员们所(suǒ)观测到(dào)的(de)周期性(xìng)信号。当然也可能有(yǒu)其他(tā)的(de)情况(kuàng)，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也(yě)可能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分、高山(shān)上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游(yóu)客的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们(men)又在南半球建立了(le)一(yī)个几乎相(xiāng)同(tóng)的(de)实验室，这里的(de)季(jì)节与之(zhī)前的实验室(shì)正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信号(hào)，就(jiù)可(kě)以成为暗物质所存(cún)在的非常(cháng)有力(lì)的证(zhèng)据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还(hái)无(wú)法提供相应的数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其(qí)中一(yī)个关键的(de)用途就是探(tàn)索暗物(wù)质背后的(de)奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结(jié)果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心(xīn)的科(kē)学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在(zài)，它们(men)极(jí)有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗(àn)物质效应(yīng)，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重要因(yīn)素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不(bù)会意(yì)味着(zhe)人类(lèi)并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当(dāng)中(zhōng)某(mǒu)个(gè)角落的(de)行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效(xiào)应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提(tí)是(shì)要先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你们(men)觉得暗(àn)物质到底存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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