宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在(zài)的(de)证(zhèng)据，科(kē)学(xué)家们在过去(qù)的几十年当中进行了(le)超过50次的长期(qī)实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个(gè)地(dì)方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书(shū)中，埃(āi)萨(sà)克牛顿发表了(le)万有(yǒu)引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体运动的(de)规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年(nián)来，当(dāng)天文学家(jiā)们发(fā)现某些天体运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常(cháng)，不(bù)符合万有引力定律的时(shí)候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周围(wéi)一定有(yǒu)未知(zhī)的天体(tǐ)通过引力在摄动(dòng)它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨道的异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了(le)海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都(dōu)是应用(yòng)万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律所取得(dé)重大(dà)天文成就的例(lì)子(zi)。但是这些发现都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可(kě)当我们上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事(shì)情就开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测(cè)量后发(fā)星(xīng)系团(tuán)的质(zhì)量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大(dà)星(xīng)系团，这(zhè)些星系被引力(lì)束(shù)缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一般会使(shǐ)用到(dào)两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得(dé)其"光度(dù)学(xué)的(de)质(zhì)量(liàng)"，需要的数(shù)据是测(cè)量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是(shì)利用光(guāng)谱(pǔ)红移测(cè)量星系团中(zhōng)的各个星系相对于(yú)星系团的运动(dòng)速(sù)度。当(dāng)测量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并(bìng)不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看(kàn)到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的速度(dù)比(bǐ)理论上要快得多，按(àn)照牛(niú)顿(dùn)的(de)运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见(jiàn)星(xīng)系的质量(liàng)所产生的引力(lì)是(shì)无(wú)法将它们束(shù)缚(fù)在星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之(zhī)外(wài)了，除(chú)非有一(yī)种神秘的力量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此，兹(zī)维基(jī)提出了这样部分不可(kě)见的暗(àn)质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大部分(fēn)的(de)质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词才再一次(cì)出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在(zài)观(guān)测仙女座星系中的恒(héng)星运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是(shì)他们观测(cè)的结果却(què)让人感(gǎn)到不可(kě)思议。

随着(zhe)与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中(zhōng)如(rú)果(guǒ)没有足够大(dà)的质量(liàng)来吸引它们，这些(xiē)外围的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了(le)。基(jī)于这种现象，科学(xué)家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是(shì)测量星系当中气体在(zài)X轴(zhóu)上(shàng)距离星(xīng)系中心(xīn)的(de)距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速(sù)度。如果(guǒ)出(chū)现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过射(shè)电望(wàng)远(yuǎn)镜测(cè)量了距离星系(xì)中心(xīn)更远距离的氢元素，发(fā)现(xiàn)它们的(de)旋转速度并不(bù)符(fú)合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳(yáng)系的运行速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速(sù)度围绕(rào)银(yín)河系(xì)旋转，这个实(shí)际(jì)速度(dù)远远大于理论速(sù)度，那么产生(shēng)以上这种向心加速度的原(yuán)因很可能就是存在(zài)着一种我们看不(bù)到的物质，是(shì)这些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这个(gè)现象的原因。在一项新的研(yán)究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎(hū)没有引(yǐn)力效(xiào)应的遥远恒(héng)星之间，也(yě)会出现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系(xì)当中存在(zài)的恒星数量却(què)只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在(zài)理论上(shàng)，该(gāi)星系(xì)必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学(xué)家们使用最(zuì)先(xiān)进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发(fā)现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运(yùn)动是(shì)可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人提(tí)出(chū)，也许该(gāi)星(xīng)系的(de)暗(àn)物(wù)质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能就是人类对引力(lì)的理(lǐ)解(jiě)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(wèi)着在行星(xīng)系尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式运动。但(dàn)是上升到(dào)星系和星团(tuán)的(de)尺度，引力之间的(de)相互作用则是不同的方(fāng)式(shì)。对于在(zài)星系团(tuán)之间的(de)相互作用，科(kē)学家还(hái)引入了外部场效应的概念，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大(dà)的质量(liàng)之(zhī)间会产生(shēng)对彼(bǐ)此(cǐ)特殊(shū)的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们(men)需要对现在的物理定(dìng)律进行(xíng)修(xiū)正，这些发(fā)现也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关于暗(àn)物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德(dé)理论所没(méi)法解释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所组成，类(lèi)似这(zhè)样的(de)星团(tuán)，它(tā)们大部分的普通质量都在(zài)星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气(qì)体(tǐ)的(de)相互作(zuò)用就(jiù)会导(dǎo)致温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅(fú)降低(dī)。所以在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分(fēn)的质(zhì)量将位(wèi)于所(suǒ)有这些(xiē)气体所在的中间区(qū)域(yù)。那么我们(men)通过(guò)什么(me)来验证(zhèng)它的质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯(sī)韦(wéi)伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照(zhào)片(piàn)，在照片中我们可(kě)以明显地看(kàn)到很(hěn)多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大(dà)的(de)形变。其实这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么(me)问(wèn)题(tí)，而(ér)是这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观(guān)测(cè)者之间。被一个(gè)质量超(chāo)级巨大的(de)天体遮挡，这个(gè)超(chāo)大质量的东西的(de)引力(lì)，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发(fā)生了(le)扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应(yīng)。这个(gè)巨大的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们(men)对子弹星系团观测的(de)时候，发(fā)现它的(de)大质量区域(yù)并不是(shì)在中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解释(shì)方法就是当星团发生(shēng)全(quán)部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在(zài)了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则(zé)直接通(tōng)过(guò)了(le)这个区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系(xì)团的引(yǐn)力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存(cún)在的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了(le)。经(jīng)过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微(wēi)波辐(fú)射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的区(qū)域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域(yù)，但(dàn)实际上它们之间的温差(chà)只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过(guò)对前景背景(jǐng)分离后(hòu)的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有暗(àn)物(wù)质，图形看起(qǐ)来不应该是这(zhè)样的，而随(suí)着暗物(wù)质的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅(fú)度会减小，才(cái)变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹(pǐ)配(pèi)宇宙微(wēi)波背景辐(fú)射的测(cè)量值，我们需要的暗物质大(dà)约(yuē)是普(pǔ)通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的(de)暗物质比例是(shì)一(yī)致的。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了一(yī)个简单的理论框(kuāng)架(jià)，就很好地解释了很(hěn)多不(bù)同(tóng)的(de)观测结(jié)果。而暗物质的(de)本(běn)质就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的(de)粒子，它(tā)们不参与任何其(qí)他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒(lì)子(zi)的存在(zài)，就相当于找到了(le)暗物质存在的实(shí)际证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们(men)已经提出了数十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的实验方(fāng)式(shì)也(yě)不(bù)相同。在过(guò)去的几(jǐ)十(shí)年当中，人(rén)类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进(jìn)行了超过50次的反射弧包括哪五个部分，反射弧包括哪五个部分顺序实(shí)验(yàn)，却没有任何(hé)实质性的发(fā)现，除了一个地方，意大利(lì)的(de)格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地(dì)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)暗物质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测(cè)到了(le)某种(zhǒng)信号(hào)。经过(guò)了20多年(nián)的数据收(shōu)集，人们发现了一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探测率会(huì)在每(měi)年的(de)6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认(rèn)为这可能是人(rén)类发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是(shì)为什么暗(àn)物质会产(chǎn)生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕着银(yín)河系(xì)进行移动(dòng)，那么如果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着(zhe)暗物质流(liú)，这个过程中会产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的(de)方向是一(yī)致的(de)，而(ér)另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完全(quán)一致，这(zhè)是理论上地球(qiú)穿(chuān)越暗(àn)物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的(de)有效性。

因此科学家认(rèn)为这可(kě)以用(yòng)来解释(shì)，研究人员们所观测到的周期性信(xìn)号。当然(rán)也可能有(yǒu)其(qí)他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差(chà)异也可能是(shì)温(wēn)度(dù)、湿度(dù)、土(tǔ)壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量(liàng)也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又(yòu)在南半(bàn)球建立(lì)了(le)一个几乎(hū)相同的实(shí)验室(shì)，这里的季(jì)节(jié)与之(zhī)前的(de)实验(yàn)室正(zhèng)好相反，而在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗物质流(liú)的(de)运动特(tè)征和第一(yī)个(gè)实验(yàn)室(shì)是(shì)一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力的(de)证据了。但是由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜(jìng)相同(tóng)，但(dàn)它(tā)的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关键的用途就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探(tàn)测反射弧包括哪五个部分，反射弧包括哪五个部分顺序的结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒(lì)子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究发现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当中生命的(de)诞生(shēng)，或(huò)者说(shuō)是生命(mìng)进化(huà)的一个重要因素。

如(rú)果这一理论(lùn)得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗(àn)物质会不(bù)会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角落的(de)行星(xīng)上，暗物质正在通(tōng)过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前(qián)提(tí)是(shì)要先找到暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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