宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学(xué)家们(men)在过去的几十(shí)年当(dāng)中(zhōng)进行了超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任何(hé)的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数(shù)学(xué)原理一书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿(dùn)发表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出(chū)现异常(cháng)，不符合万有引(yǐn)力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一(yī)定有未知的(de)天体通过引力在摄动它的(de)轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通过(guò)天王(wáng)星运行轨道的异常，推算(suàn)并且(qiě)发现(xiàn)了海王星的存(cún)在(zài)。另外(wài)，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的发现都是(shì)应(yīng)用(yòng)万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发(fā)现(xiàn)都是在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度(dù)当(dāng)中，可当我们上(shàng)升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨(cí)兹威(wēi)基正在研究和测量后发(fā)星系团(tuán)的质量。这是一个由数(shù)千个星(xīng)系所组成的巨大(dà)星系(xì)团(tuán)，这些星(xīng)系(xì)被(bèi)引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量一般(bān)会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就可(kě)以确定其质量的(de)范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各(gè)个星系的(de)光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系(xì)团中的各(gè)个星系相对于星(xīng)系团的运(yùn)动(dòng)速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座(zuò)星(xīng)系(xì)团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的(de)质(zhì)量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异的(de)是，在测量速度(dù)的过(guò)程中，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中很(hěn)多星系的速度(dù)比理论上要快得多(duō)，按照牛(niú)顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量(liàng)所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的(de)，它们早就(jiù)齿轮计算公式汇总，齿轮全齿高计算公式应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据(jù)此(cǐ)，兹(zī)维(wéi)基提出了这样部(bù)分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才再一次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理论上来说，距(jù)离中心越(yuè)远的恒星在其轨(guǐ)道(dào)上(shàng)的运行(xíng)速度就会越慢。但是他(tā)们(men)观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不变。可(kě)是根据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们(men)，这些外(wài)围(wéi)的恒(héng)星(xīng)早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使齿轮计算公式汇总，齿轮全齿高计算公式用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的(de)方法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离(lí)星系中(zhōng)心的距离(lí)，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果(guǒ)出(chū)现异(yì)常(cháng)的结果，就认为是由暗(àn)物(wù)质的力量(liàng)进入其(qí)中。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距离星系中(zhōng)心更(gèng)远距离的(de)氢(qīng)元(yuán)素，发现(xiàn)它们(men)的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们(men)的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于(yú)银河(hé)系的(de)第(dì)三(sān)悬(xuán)臂之(zhī)上(shàng)，距离(lí)银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万(wàn)有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度(dù)应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银(yín)河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速(sù)度远远大(dà)于(yú)理论速度(dù)，那(nà)么产生以上这种向心加速度的原(yuán)因很(hěn)可(kě)能就是存在(zài)着一(yī)种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人员开(kāi)始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外(wài)恒星(xīng)轨道的速度(dù)，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这个现象的原(yuán)因。在(zài)一项新(xīn)的研究当中，科(kē)学家们(men)发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的(de)微小差异。另外，天文(wén)学家(jiā)还发现了一个反常(cháng)的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的恒(héng)星数量却只有银(yín)河系(xì)的(de)千(qiān)分(fēn)之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上，该星系(xì)必须(xū)存在暗物(wù)质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离(lí)析。但是科(kē)学家们(men)使(shǐ)用最先进的望远(yuǎn)镜对(duì)其进行(xíng)了(le)40个(gè)小时的(de)详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动(dòng)是可以用正常(cháng)的物质和力学定律来(lái)解释的。那(nà)么(me)又有人提出(chū)，也许该星系的(de)暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附(fù)近(jìn)的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的(de)是(shì)，它的附(fù)近没有任(rèn)何星(xīng)系(xì)存(cún)在。造成这些现象的除了(le)暗(àn)物(wù)质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可(kě)能(néng)在(zài)不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这(zhè)意味(wèi)着在(zài)行星系尺度(dù)中的天体会沿(yán)着它(tā)们(men)的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的(de)相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星(xīng)系团之(zhī)间(jiān)的相互(hù)作(zuò)用，科学(xué)家还引入了外部(bù)场效应的概念，指的是(shì)在数(shù)百(bǎi)万光年的(de)规模上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这(zhè)些发(fā)现也(yě)让很多人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就此终结(jié)。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗(àn)物质存(cún)在的其他的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团，由(yóu)两个(齿轮计算公式汇总，齿轮全齿高计算公式gè)碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似(shì)这样的星(xīng)团，它们大部分的(de)普通质量都在星(xīng)系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用就会导致温度(dù)的急剧升高(gāo)，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分(fēn)的质量(liàng)将位(wèi)于(yú)所有(yǒu)这些气体所在(zài)的中(zhōng)间区(qū)域。那(nà)么我们通过什么来验(yàn)证它的质量区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一(yī)张全彩的(de)高清照片，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多(duō)星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这(zhè)些星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什(shén)么问题(tí)，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地球上的(de)观测者之间(jiān)。被一个质量(liàng)超级(jí)巨(jù)大的天体遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的东(dōng)西的引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所以当人(rén)们对子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)观测的时候(hòu)，发现它的大质(zhì)量区域并(bìng)不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星团发(fā)生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直接通过(guò)了这个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透(tòu)镜研究也被认为是(shì)暗物质存(cún)在的迄今(jīn)为(wèi)止最好的理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据(jù)。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的(de)光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对(duì)前景背景分离后的二值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物(wù)质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该是(shì)这样的(de)，而随着(zhe)暗物质的增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅(fú)度(dù)会减小(xiǎo)，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的(de)测(cè)量值，我们需要的(de)暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这(zhè)个(gè)数(shù)字与解释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要的暗物(wù)质比例是一致的。这(zhè)就意(yì)味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的(de)理论(lùn)框架，就(jiù)很好地解释了很多(duō)不(bù)同的(de)观(guān)测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在(zài)着某(mǒu)种类(lèi)型(xíng)的粒(lì)子，它们(men)不参与任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用(yòng)。所以如果能够找到这(zhè)种粒(lì)子的存(cún)在，就相当(dāng)于找到(dào)了暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒(lì)子所需要的实验(yàn)方式(shì)也(yě)不(bù)相同。在过(guò)去(qù)的(de)几十年当中(zhōng)，人(rén)类(lèi)为了(le)寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的(de)“暗物(wù)质(zhì)”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却没有任何(hé)实质性的发现，除了(le)一个(gè)地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球(qiú)上(shàng)最大(dà)的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高(gāo)的探测(cè)器(qì)，一直(zhí)致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。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(zuì)低，而(ér)且在20年当中每年都是(shì)一样。一些科(kē)学家认为(wèi)这可能是人(rén)类发现暗物质(zhì)的(de)第一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生(shēng)周(zhōu)期性(xìng)的年度(dù)信号(hào)呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移(yí)动，那么(me)如果暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着(zhe)我们也在(zài)以(yǐ)这(zhè)样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程(chéng)中会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进(jìn)行(xíng)旋(xuán)转。所以有半(bàn)年的(de)时间，地球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银河(hé)系的方向是(shì)一致的(de)，而另外半(bàn)年则与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的(de)方向正(zhèng)好达到完全一致，这(zhè)是理论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰(qià)好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际(jì)的(de)情(qíng)况中，太(tài)阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不(bù)影(yǐng)响这(zhè)个理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为这(zhè)可(kě)以(yǐ)用来解(jiě)释(shì)，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可(kě)能有其他的(de)情(qíng)况，造成这种年(nián)度周期信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连(lián)意大(dà)利游客的数量也符(fú)合这个(gè)周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半(bàn)球建立了(le)一(yī)个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实(shí)验室正(zhèng)好(hǎo)相(xiāng)反，而(ér)在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一个(gè)实验室(shì)是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的(de)信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有(yǒu)力(lì)的(de)证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截(jié)至目(mù)前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜(jìng)，这台太(tài)空望(wàng)远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远镜(jìng)其中一个关键的(de)用途(tú)就是探索暗物质(zhì)背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了(le)。费米实验(yàn)室粒子天体物理(lǐ)中心的科学(xué)家丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极(jí)有可(kě)能拥(yōng)有另一(yī)种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个(gè)重要(yào)因素。

如果这(zhè)一理论得到(dào)进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味(wèi)着人类并(bìng)不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的(de)效应创造生(shēng)命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的(de)大前提(tí)是(shì)要(yào)先找(zhǎo)到暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得暗(àn)物(wù)质到底存不存在(zài)呢(ne)？喜(xǐ)欢(huān)请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新的动力！

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