宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻(xún)找暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过去的(de)几十年当(dāng)中进行了(le)超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除(chú)了(le)一个(gè)地方(fāng)，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学(xué)家们发现(xiàn)某(mǒu)些(xiē)天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们(men)就会知道，周围(wéi)一(yī)定有未知的天体(tǐ)通过引(yǐn)力(lì)在摄动它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都(dōu)是(shì)应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是(shì)这(zhè)些发(fā)现都(dōu)是在恒(héng)星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星(xīng)系或(huò)者是星团的尺(chǐ)度，事(shì)情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹(zī)威基正在(zài)研究和测量后发(fā)星(xīng)系团的质(zhì)量。这是(shì)一(yī)个由数(shù)千(qiān)个星系(xì)所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系(xì)被(bèi)引力束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两种15mm等于多少厘米 15mm等于多少微米方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以(yǐ)确定其(qí)质量的范围(wéi)。

第一(yī)种是(shì)获得其"光(guāng)度学(xué)的质量(liàng)"，需(xū)要(yào)的数据是(shì)测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星(xīng)系团的运(yùn)动速度。当测(cè)量结果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻(chè)底懵(měng)了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们(men)无法看到。最(zuì)诡异(yì)的是，在测量(liàng)速(sù)度的过(guò)程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速(sù)度比理论上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的(de)运动学定(dìng)律，仅靠这些(xiē)可见星系的(de)质量所产生的引力(lì)是无法将(jiāng)它(tā)们束缚(fù)在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之外(wài)了，除非(fēi)有一(yī)种神秘(mì)的(de)力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某(mǒu)种隐形的(de)物质。

据此，兹(zī)维基提出(chū)了(le)这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分的质(zhì)量。只是(shì)当时的人们(men)对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词(cí)才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒(héng)星在(zài)其轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果(guǒ)却让(ràng)人(rén)感到不可思(sī)议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不(bù)变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如(rú)果(guǒ)没有足够大的质(zhì)量来(lái)吸(xī)引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就(jiù)是测(cè)量星系当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋(xuán)转速度。如果出现异常的(de)结果(guǒ)，就(jiù)认(rèn)为是由暗(àn)物质的(de)力(lì)量进入其中。

于是科学家(jiā)们(men)通过射电(diàn)望远镜测量(liàng)了距离(lí)星系中(zhōng)心更远距离(lí)的氢元素，发现它们(men)的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们的太阳系也(yě)不(bù)例(lì)外，太阳(yáng)系位于银(yín)河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行(xíng)计算，太(tài)阳系的运行(xíng)速(sù)度(dù)应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕(rào)银河系(xì)旋转，这个(gè)实际速度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那么产生以上这(zhè)种向心加(jiā)速(sù)度的原因很可能(néng)就是存在着(zhe)一种我们看不到(dào)的物质，是这些暗(àn)物质的引力效应将星系聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研(yán)究人(rén)员开(kāi)始相信暗物质的存(cún)在(zài)。科学家根(gēn)据星系外恒星(xīng)轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗物(wù)质(zhì)的(de)质量占整个星系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一可以解释这个(gè)现象(xiàng)的原(yuán)因。在一项新的(de)研究当中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几(jǐ)乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出(chū)现速(sù)度上(shàng)的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常的(de)星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星(xīng)系(xì)当中存在的(de)恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星(xīng)系必须存在暗(àn)物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩离析。但(dàn)是科(kē)学家们(men)使用最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小时的(de)详(xiáng)细测量(liàng)之后，发现星系中的(de)恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来(lái)解释(shì)的。那么又有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星系的暗物(wù)质，已经(jīng)被(bèi)附近(jìn)的另(lìng)一个(gè)大(dà)星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的(de)假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人(rén)类对引力的(de)理解还不够(gòu)全面(miàn)，引力很可能在(zài)不同尺度(dù)空间中的工作(zuò)方式(shì)是(shì)不(bù)同的，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的(de)相互(hù)作用则是不(bù)同的(de)方式。对于在(zài)星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了(le)外部场(chǎng)效应的概(gài)念，指(zhǐ)的(de)是在数百(bǎi)万光年(nián)的(de)规模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在(zài)的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让(ràng)很(hěn)多人认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他(tā)的理(lǐ)论证据，这些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德(dé)理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光年的子(zi)弹星系(xì)团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们(men)大部分的普(pǔ)通质(zhì)量都在星(xīng)系的气体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互(hù)作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质(zhì)量将位(wèi)于所有这些气(qì)体(tǐ)所在的(de)中(zhōng)间区域。那么我(wǒ)们通过什么来验(yàn)证它(tā)的(de)质量区域到(dào)底是不是集中在(zài)中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到(dào)很多星系(xì)似乎被拉伸产生了(le)巨(jù)大的形变。其实这(zhè)些星系本身(shēn)并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观测(cè)者(zhě)之(zhī)间(jiān)。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量(liàng)的东西的(de)引力，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星(xīng)系(xì)的光(guāng)都发生了扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的(de)天体可能(néng)是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹(dàn)星系(xì)团观测的时候，发(fā)现它的(de)大(dà)质(zhì)量区域并不是(shì)在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法就是(shì)当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的(de)质量气体被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则(zé)直(zhí)接通过了这个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物质存在的(de)迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的(de)光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相(xiāng)同性的(de)微波辐(fú)射。其(qí)中(zhōng)红(hóng)色(sè)的部(bù)分(fēn)表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实际上(shàng)它们(men)之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对(duì)前景(jǐng)背景分离后(hòu)的二(èr)值(zhí)图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是(shì)普通物质的(de)5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物(wù)质比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架(jià)，就很好地解(jiě)释了(le)很多不同的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的(de)本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的(de)粒(lì)子(zi)，它们不(bù)参(cān)与任何其他的(de)电磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力(lì)来(lái)相互(hù)作用。所以如(rú)果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提出了(le)数十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需要(yào)的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十(shí)年(nián)当中(zhōng)，人类为(wèi)了(le)寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎(hū)不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行(xíng)了超过(guò)50次的(de)实验，却没有任(rèn)何(hé)实质性的(de)发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学(xué)实验(yàn)室，这个实(shí)验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三(sān)层楼(lóu)高的(de)探测器，一直(zhí)致力(lì)于寻找暗物(wù)质粒子(zi)的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的(de)科学(xué)家声称观测到(dào)了(le)某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份(fèn)达到峰值，然后(hòu)在11月降到(dào)最低，而且在(zài)20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认为这可(kě)能是人类(lèi)发现暗物质(zhì)的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期(qī)性的年(nián)度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗(àn)物质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也(yě)在(zài)以这样的速度在穿(chuān)越着暗(àn)物质(zhì)流，这个过(guò)程中(zhōng)会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半年(nián)的时间，地球围绕(rào)太(tài)阳的方向与太(tài)阳环绕银(yín)河系的(de)方向是一致的(de)，而另外半年(nián)则与之(zhī)相反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完(wán)全(quán)一致，这是理论上地(dì)球(qiú)穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈(chéng)现了(le)60度(dù)的倾斜(xié)，但是(shì)这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科(kē)学(xué)家认(rèn)为这(zhè)可以用(yòng)来解释，研究(jiū)人员们(men)所观测到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当(dāng)然也可(kě)能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信(xìn)号(hào)的(de)差异也可能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水分、15mm等于多少厘米 15mm等于多少微米高山上的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游客的数量也符合(hé)这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在(zài)南半球(qiú)建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实(shí)验室正好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过(guò)暗物质流的运动(dòng)特征和第(dì)一个(gè)实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信(xìn)号，就(jiù)可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有(yǒu)力的证据了(le)。但是由于(yú)这个实验室(shì)刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还(hái)无法(fǎ)提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的(de)奥(ào)秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费(fèi)米实验(yàn)室(shì)粒子天体物理中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物(wù)质会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行星(xīng)上(shàng)，暗(àn)物质正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前提(tí)是要(yào)先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到(dào)底存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请(qǐng)点(diǎn)赞，你的(de)支(zhī)持(chí)是我(wǒ)更新的(de)动(dòng)力(lì)！

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