宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是什么？人(rén)类(lèi)为(wèi)了寻找暗(àn)物(wù)质存在的证(zhèng)据，科学(xué)家们在过去的(de)几十年(nián)当中进(jìn)行了超过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但(dàn)是却(què)没(méi)有(yǒu)发现任(rèn)何的(de)有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年(nián)出版的(de)自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天体运动(dòng)的(de)规律。往后的(de)几(jǐ)百年(nián)来(lái)，当天文学家们发现(xiàn)某些(xiē)天体运(yùn)行(xíng)轨道出(chū)现异(yì)常，不符合万(wàn)有引力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的(de)异常，推算并(bìng)且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都(dōu)是应用万有引力(lì)定(dìng)律所取得重大(dà)天文成就(jiù)的例子。但是(shì)这些发(fā)现都是在恒(héng)星(xīng)系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们(men)上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星系团的(de)质量(liàng)。这(zhè)是一(yī)个(gè)由数千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这(zhè)些星系被引(yǐn)力(lì)束缚在一(yī)起。测量星系团的质量(liàng)一(yī)般会使用(yòng)到(dào)两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方法结(jié)果一致，就(jiù)可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是(shì)获(huò)得(dé)其(qí)"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需要的数(shù)据(jù)是测量(liàng)各个(gè)星系的光(guāng)度(dù)。

第二(èr)种是动(dòng)力学质量的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红(hóng)移(yí)测(cè)量星系(xì)团中的各(gè)个星系相(xiāng)对于星系团(tuán)的运动速度。当(dāng)测量结果出(chū)来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意偶数有负数吗数，偶数有负数吗偶数组成的集合描述法(yì)味着，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这(zhè)99%的(de)质量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看(kàn)到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测量速(sù)度的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星(xīng)系团中很多星系的(de)速度(dù)比(bǐ)理论上要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系(xì)的(de)质(zhì)量所产生的(de)引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系(xì)团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量(liàng)在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这样部分不可见(jiàn)的(de)暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的(de)质量(liàng)。只是当时的人们对这样的(de)一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这(zhè)个(gè)词才再(zài)一次出(chū)现(xiàn)。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距(jù)离(lí)中心越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用(yòng)一(yī)种相对(duì)标(biāo)准的方法来解释暗物(wù)质的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测(cè)量星(xīng)系(xì)当中气(qì)体在(zài)X轴上距离星(xīng)系中心的(de)距离(lí)，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速(sù)度(dù)。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距离(lí)星(xīng)系中心更远距离的(de)氢元素，发现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂(bì)之上(shàng)，距离银(yín)河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引(yǐn)力定律进(jìn)行(xíng)计算，太(tài)阳系的运行(xíng)速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际(jì)上(shàng)，太(tài)阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论速(sù)度，那么(me)产(chǎn)生以上这种向(xiàng)心加速度(dù)的原因很可能就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我们看不到(dào)的物(wù)质，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚(jù)集在(zài)了(le)一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多(duō)的(de)研究人员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算在(zài)星系当中暗物质(zhì)的质量(liàng)占整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研(yán)究当(dāng)中，科学(xué)家(jiā)们发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力效(xiào)应的(de)遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也会出现(xiàn)速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天文学(xué)家还发现(xiàn)了(le)一个反常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中(zhōng)存(cún)在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在暗(àn)物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最(zuì)先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的(de)详细测量之后，发现星系中的恒(héng)星运(yùn)动是可以用正常的物质(zhì)和力学定律(lǜ)来(lái)解释(shì)的。那么又有人(rén)提出(chū)，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成这些现象的除(chú)了暗物(wù)质的(de)假说之外，另一(yī)种可能就是人类(lèi)对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺度空(kōng)间(jiān)中的工作方式是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们(men)的轨(guǐ)道，按照我们所(suǒ)理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团的(de)尺度(dù)，引力之间的(de)相互作用则(zé)是不(bù)同的方式(shì)。对于(yú)在星系(xì)团(tuán)之间的相(xiāng)互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让很(h偶数有负数吗数，偶数有负数吗偶数组成的集合描述法ěn)多人认(rèn)为暗(àn)物(wù)质假说(shuō)理论就此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗物(wù)质存在的(de)其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的(de)子(zi)弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部分(fēn)的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的时(shí)候，星际(jì)气体的(de)相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致温度(dù)的急(jí)剧升高，速(sù)度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将(jiāng)位于所有这些气体所在的(de)中间(jiān)区域。那么我们(men)通过什么来验(yàn)证它(tā)的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照片(piàn)，在(zài)照片中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了(le)巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什(shén)么问(wèn)题，而(ér)是这(zhè)样极遥(yáo)远的天体和(hé)我们地球上(shàng)的观测(cè)者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大(dà)质量的(de)东西的(de)引力，会使(shǐ)身(shēn)后(hòu)更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲(qū)。这个(gè)现象(xiàng)就是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人(rén)们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的(de)大质量区域并(bìng)不是在中间(jiān)，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生(shēng)全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量(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(tòu)镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也(yě)被认为(wèi)是暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的迄今(jīn)为(wèi)止最好(hǎo)的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古老的(de)光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见(jiàn)光(guāng)终于(yú)可以畅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(guāng)在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上留下了各相同(tóng)性的(de)微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温(wēn)度较(jiào)高的区域，蓝色则表示(shì)相对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温(wēn)差(chà)只有万(wàn)分(fēn)之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对前景背景分离后的(de)二值(zhí)图(tú)像(xiàng)进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质(zhì)，图(tú)形看起来(lái)不应(yīng)该是这(zhè)样的，而随着(zhe)暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射(shè)的测(cè)量值，我们(men)需(xū)要的暗物质大约是(shì)普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质(zhì)比例是(shì)一致的。这就意味(wèi)着。

用了(le)一个简单的理(lǐ)论(lùn)框架(jià)，就(jiù)很好地(dì)解释了很多不同的观(guān)测(cè)结果(guǒ)。而(ér)暗(àn)物质的本(běn)质就(jiù)是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在(zài)着某(mǒu)种类型的粒(lì)子，它们(men)不参与任何其他(tā)的(de)电磁作用，只通过引力(lì)来相(xiāng)互作用。所以如果能(néng)够找到(dào)这种粒(lì)子(zi)的存在(zài)，就相当于(yú)找到了暗(àn)物质存在的实(shí)际(jì)证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻(xún)找这(zhè)些不同的(de)目标粒子所需要的实验方式也不(bù)相同(tóng)。在过(guò)去的(de)几十(shí)年当中，人(rén)类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互(hù)作用的“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已经进行了超过50次(cì)的(de)实验，却没有(yǒu)任何实质性(xìng)的发现，除(chú)了一个地方，意大利的(de)格(gé)兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的(de)地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学(xué)实验(yàn)室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直致(zhì)力于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观(guān)测到(dào)了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发现(xiàn)了一个有趣(qù)的(de)事(shì)情。探测率会(huì)在每年(nián)的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每(měi)年都是一样。一些科(kē)学家认为这可能(néng)是人类发现暗物(wù)质(zhì)的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会(huì)产生周期性(xìng)的年度(dù)信(xìn)号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕着(zhe)银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物(wù)质存(cún)在(zài)宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着(zhe)我们也在以这样的速度在(zài)穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系(xì)的方向是一致(zhì)的，而另外半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而(ér)在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与太阳的(de)方向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地(dì)球穿越(yuè)暗物(wù)质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为(wèi)这可(kě)以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号。当然(rán)也(yě)可(kě)能有其他的(de)情(qíng)况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期(qī)信号(hào)的差(chà)异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水(shuǐ)分、高山(shān)上(shàng)的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南(nán)半(bàn)球(qiú)建立了一(yī)个几乎(hū)相同的实(shí)验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的运动特征(zhēng)和第(dì)一个实验室(shì)是一样的(de)。

因(yīn)此(cǐ)，如(rú)果(guǒ)在(zài)这里可以得(dé)到相同(tóng)的信号，就可(kě)以(yǐ)成为暗物(wù)质所存(cún)在的(de)非常有力的证据了(le)。但是由于(yú)这个(gè)实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法提(tí)供相应的数据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南(nán)希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟(gēn)哈(hā)勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中一个关键的(de)用途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于(yú)探测的结果，我们(men)只能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验室粒子(zi)天体(tǐ)物(wù)理中心(xīn)的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一(yī)种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生(shēng)，或(huò)者说(shuō)是生(shēng)命进化的一个(gè)重要因素(sù)。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会(huì)不(bù)会意味着人类(lèi)并不(bù)孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某个(gè)角落的行(xíng)星上，暗物质正在(zài)通过(guò)这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提(tí)是要(yào)先找到暗(àn)物(wù)质存(cún)在的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在(zài)呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新(xīn)的动(dòng)力！

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