宇宙是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会(huì)存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类(lèi)为了寻找暗物(wù)质存(cún)在(zài)的(de)证据，科(kē)学家们在(zài)过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却(què)没有发现任(rèn)何的(de)有(yǒu)效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原(yuán)理一(yī)书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引(yǐn)力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当天文(wén)学家们发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道出(chū)现异(yì)常，不符(fú)合万(wàn)有引力定律的时候，他们(men)就会知(zhī)道，周围一定有未(wèi)知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文(wén)成就的例子(zi)。但是(shì)这些发(fā)现都是在(zài)恒星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可(kě)当我们上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就(jiù)开始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理学家弗(fú)里茨兹(zī)威基正(zhèng)在(zài)研究和测量后发星(xīng)系(xì)团的质量。这是一(yī)个由数千个星系所(suǒ)组成的(de)巨大星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量(liàng)一般会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确(què)定其(qí)质量的(de)范围(wéi)。

第一种是(shì)获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测量(liàng)各(gè)个星系的光(guāng)度。

第二(èr)种是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运(yùn)动速度。当测量(liàng)结(jié)果出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发座星系团(tuán)有99%的(de)质(zhì)量(liàng)消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量(liàng)并不以可见光的(de)形式所存(cún)在，我(wǒ)们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过(guò)程中，兹威基(jī)发现星(xīng)系团中很多星系(xì)的速度比理论上(shàng)要快得(dé)多，按(àn)照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可(kě)见星系的质量(liàng)所产生的引(yǐn)力是(shì)无法将它们束(shù)缚在星(xīng)系(xì)团内的，它(tā)们早就(jiù)应该(gāi)被抛(pāo)出星系团之外了(le)，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这种力量来(lái)源于某(mǒu)种(zhǒng)隐(yǐn)形(xíng)的物(wù)质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了这样(yàng)部分不可(kě)见的(de)暗质，它不(bù)发(fā)散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是(shì)它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只是当时的(de)人们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质(zhì)”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中心越(yuè)远的(de)恒(héng)星在其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速度就(jiù)会越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感到(dào)不(bù)可思议(yì)。

随(suí)着(zhe)与中心(xīn)距(jù)离(lí)的增(zēng)加(jiā)，恒(héng)星的(de)旋转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引力(lì)定律，在星系当中(zhōng)如(rú)果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些(xiē)外围的(de)恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象，科学(xué)家们会(huì)使(shǐ)用一(yī)种相对标准(zhǔn)的方法来(lái)解释暗(àn)物质(zhì)的存在(zài)，这种方法就是测量(liàng)星系当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转速(sù)度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认(rèfe2o3是什么化学名称，feo是什么化学名称n)为是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更(gèng)远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发(fā)现(xiàn)它(tā)们的旋转速度并不(bù)符合牛(niú)顿的力学定律。我们的(de)太阳(yáng)系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银(yín)河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力(lì)定律进行计算，太(tài)阳系的运(yùn)行速(sù)度(dù)应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的(de)速(sù)度围绕银(yín)河系(xì)旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论(lùn)速(sù)度，那么产生以(yǐ)上这种向心加(jiā)速度的原因很可能就是存在着一(yī)种(zhǒng)我们看不(bù)到的(de)物质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开始(shǐ)，越来越多的(de)研究人员开始相信暗物质的(de)存在(zài)。科学(xué)家根(gēn)据星(xīng)系外(wài)恒星(xīng)轨道(dào)的速(sù)度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯(wéi)一可以解(jiě)释这个(gè)现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有(yǒu)引(yǐn)力效应(yīng)的遥(yáo)远恒(héng)星之间，也会出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天(tiān)文学家还(hái)发现(xiàn)了一个反常的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地(dì)球大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但是星系(xì)当中(zhōng)存(cún)在的(de)恒星(xīng)数量却(què)只有(yǒu)银河系的千(qiān)分之一(yī)。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该星系(xì)必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则(zé)就会分崩离(lí)析。但是科学(xué)家们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行(xíng)了40个小时(shí)的详细测量(liàng)之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来(lái)解(jiě)释的。那(nà)么又有(yǒu)人(rén)提出(chū)，也(yě)许该星(xīng)系的暗物(wù)质(zhì)，已经(jīng)被附近的另(lìng)一个(gè)大星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是，它(tā)的附(fù)近没(méi)有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是(shì)人类对引力(lì)的理解(jiě)还不够全(quán)面，引力(lì)很可能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式(shì)是不同的，这意(yì)味着在行星系尺度中的(de)天体会沿着它们(men)的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但是(shì)上升到星系和(hé)星(xīng)团的尺度，引力之间的(de)相互作用则(zé)是不同的方式。对(duì)于在星系团之间的相互作用，科(kē)学家还引入了外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万(wàn)光年的规模(mó)上，巨大(dà)的(de)质(zhì)量(liàng)之间会产生对彼此特(tè)殊(shū)的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们(men)需(xū)要(yào)对现在(zài)的(de)物理定律进行修正，这些(xiē)发现也(yě)让很(hěn)多人认为暗物质假说理论就此终结(jié)。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存(cún)在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没(méi)法解释的(de)“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的(de)子弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类(lèi)似(shì)这(zhè)样的星(xīng)团，它们大部分(fēn)的普通质量都(dōu)在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际气体的相互(hù)作用(yòng)就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升高，速度大(dà)幅(fú)降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部分的质(zhì)量将(jiāng)位于所有这(zhè)些气(qì)体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不是(shì)集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜传回了(le)宇宙当(dāng)中第(dì)一张全(quán)彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在(zài)照片中我们可以明显地看到很多(duō)星系似(shì)乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨(jù)大的形变。其实这些星系(xì)本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题(tí)，而(ér)是这样极(jí)遥(yáo)远的(de)天体(tǐ)和我们地球(qiú)上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级(jí)巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使身后更(gèng)遥远星(xīng)系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就是(shì)引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体(tǐ)可能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对子弹星系团(tuán)观测的(de)时(shí)候(hòu)，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释(shì)方法就是(shì)当星(xīng)团发生全(quán)部(bù)的(de)碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测(cè)到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了(le)这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研(yán)究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄(qì)今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可见光终于(yú)可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红色的(de)部分表示温(wēn)度(dù)较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学(xué)家们通(tōng)过对前景背景(jǐng)分离后的二值图(tú)像(xiàng)进行(xíng)连通域(yù)提取和(hé)标记之(zhī)后发现，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有暗物(wù)质，图形看起来(lái)不应(yīng)该是这样的，而随(suí)着(zhe)暗物质(zhì)的(de)增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射的测(cè)量值，我们(men)需(xū)要的暗物质(zhì)大(dà)约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运(yùn)动所需(xū)要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了(le)一(yī)个简单的(de)理论(lùn)框架(jià)，就很好地解(jiě)释(shì)了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本(běn)质就是(shì)宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着(zhe)某(mǒu)种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其(qí)他的电磁作(zuò)用，只通过引力(lì)来相(xiāng)互(hù)作用。所(suǒ)以如(rú)果能(néng)够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存在的(de)实际证据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所(suǒ)需(xū)要的实验(yàn)方(fāng)式也不(bù)相同。在过去(qù)的几十年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎不会(huì)与常规物(wù)质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科(kē)学家们(men)已经进行了超(chāo)过50次的实验，却(què)没有任何实(shí)质(zhì)性的发现，除了一个地方(fāng)，意(yì)大利(lì)的(de)格(gé)兰(lán)萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处(chù)的地下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称(chēng)观测(cè)到(dào)了某种信(xìn)号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个(gè)有趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到(dào)最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人(rén)类发(fā)现暗物质(zhì)的第一个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么暗物(wù)质会产生周(zhōu)期性的年度信号(hào)呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银(yín)河(hé)系进行移动(dòng)，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意味着(zhe)我们也(yě)在以(yǐ)这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年(nián)的时(shí)间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方(fāng)向是一致(zhì)的，而另(lìng)外(wài)半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是(shì)理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相对银河系的(de)平面呈现了(le)60度的(de)倾斜，但是这(zhè)并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为(wèi)这可以(yǐ)用来解释，研究人员(yuán)们所观测(cè)到的周期性信号。当然也可(kě)能(néng)有其(qí)他(tā)的(de)情况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周(zhōu)期(qī)信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合这个(gè)周期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的(de)运(yùn)动特征和第(dì)一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的(de)信号，就可(kě)以(yǐ)成为(wèi)暗(àn)物质所存(cún)在的非常(cháng)有力(lì)的证据了。但是由于(yú)这个实验(yàn)室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关(guān)键的用途(tú)就是探索(suǒ)暗物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于(yú)探测的结果，我们(men)只能拭目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒(lì)子天体物理(lǐ)中心(xīn)的科学(xué)家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质(zhì)效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或(huò)者说(shuō)是生命进(jìn)化的一个(gè)重(zhòng)要(yào)因素(sù)。

如果这(zhè)一(yī)理(lǐ)论得到进(jìn)一(yī)步的(de)证(zhèng)实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味着人(rén)类并不孤单(dān)呢(ne)？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大(dà)前(qián)提是(shì)要先找到(dào)暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗(àn)物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的动力(lì)！

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