宇宙是“人(rén)为制造”的？为何(hé)会存在科(kē)学无法(fǎ)解(jiě)释的(de)“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是(shì)什么(me)？人类为了寻找暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过去(qù)的几十年(nián)当中进行了超(chāo)过50次(cì)的长期实验，但是却(què)没有发(fā)现任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运(yùn)动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来，当天文学(xué)家(jiā)们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合(hé)万(wàn)有引力定律的时(shí)候，他(tā)们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体通过引力在(zài)摄动它(tā)的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星(xīng)运行(xíng)轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海(hǎi)王(wáng)星的存(cún)在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的发现都是应用(yòng)万有引力定律所取得重大天文(wén)成(chéng)就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发(fā)现都是在(zài)恒星系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星系或者是星团的(de)尺度(dù)，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和(hé)测量后(hòu)发(fā)星系团的质量。这是一个由数千个(gè)星系(xì)所(suǒ)组(zǔ)成的巨(jù)大星系(xì)团，这些星系被引力束缚(fù)在(zài)一(yī)起。测(cè)量星系团的质(zhì)量(liàng)一般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得(dé)其"光度(dù)学的质量"，需(xū)要的数据是测量各个(gè)星系(xì)的光度。

第(dì)二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星(xīng)系相(xiāng)对于星系团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并(bìng)不以可见光的形式所存在(zài)，我(wǒ)们无法(fǎ)看到(dào)。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星系团中很多星(xīng)系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该(gāi)被抛(pāo)出星(xīng)系团之外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的(de)力量(liàng)在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不可(kě)见的暗质，它(tā)不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部(bù)分的(de)质量(liàng)。只是当时(shí)的人们对这(zhè)样的一(yī)种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文(wén)学(xué)家维拉鲁宾和(hé)肯特福(fú)特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道(dào)上的(de)运行速度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离(lí)的(de)增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在(zài)星系(xì)当中如(rú)果没有足(zú)够大的(de)质(zhì)量来吸(xī)引它们，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早就(jiù)被甩到(dào)宇宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。基于(yú)这种现(xiàn)象(xiàng)，科(kē)学家(jiā)们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对(duì)标准的方(fāng)法来(lái)解(jiě)释(shì)暗物质的存(cún)在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体在(zài)X轴上距(jù)离(lí)星(xīng)系(xì)中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋(xuán)转速度。如果出(chū)现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于(yú)是(shì)科(kē)学家们(men)通过(guò)射电(diàn)望远镜(jìng)测量了距离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的(de)氢元(yuán)素，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并(bìng)不符合(hé)牛顿的(de)力学定律。我(wǒ)们的(de)太阳系也不例外(wài)，太阳系位于(yú)银河(hé)系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律(lǜ)进(jìn)行计(jì)算，太阳系的运行10亿人民币在日本算有钱吗，日本10亿等于人民币多少钱速度应(yīng)该(gāi)是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个(gè)实际速(sù)度远远大于(yú)理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心(xīn)加速度的原因很可能就是存在(zài)着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也(yě)是(shì)从这时开(kāi)始，越来(lái)越(yuè)多的研(yán)究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科(kē)学(xué)家根据星(xīng)系外(wài)恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估算在(zài)星系当中暗物(wù)质(zhì)的(de)质(zhì)量(liàng)占整个(gè)星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这(zhè)个(gè)现象的原因(yīn)。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会出现速(sù)度上的微小差(chà)异。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常(cháng)的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量却只有银河(hé)系的千(qiān)分(fēn)之一。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离析(xī)。但是科学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力学定律来解(jiě)释的(de)。那(nà)么(me)又有人提出(chū)，也许该星(xīng)系的(de)暗物质，已经被(bèi)附近的另(lìng)一个大星系剥离(lí)了。奇怪的(de)是，它(tā)的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这(zhè)些(xiē)现象的(de)除了暗物质(zhì)的假说(shuō)之外，另一种可(kě)能(néng)就是人类对引力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作(zuò)方(fāng)式(shì)是不同的，这(zhè)意(yì)味(wèi)着在行(xíng)星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们(men)所(suǒ)理解的方(fāng)式运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作用则是(shì)不同的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还(hái)引入(rù)了外部(bù)场效应的概念，指(zhǐ)的是(shì)在数百万光年的(de)规模上，巨(jù)大的质量之间会(huì)产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的效果，这(zhè)个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味(wèi)着我们需要对现在的物理(lǐ)定(dìng)律进行修正，这些发(fā)现也(yě)让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终结。但是(shì)在宇宙当中还(hái)有关(guān)于暗物质存在(zài)的其(qí)他(tā)的理论证据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理论所没法解(jiě)释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际(jì)气体的(de)相互作用就会(huì)导致温(wēn)度的(de)急剧升高，速度(dù)大幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位(wèi)于所有这(zhè)些(xiē)气体(tǐ)所(suǒ)在(zài)的中间区域。那么我(wǒ)们通过什(shén)么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不(bù)是集(jí)中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们(men)可以明(míng)显地(dì)看到很多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生(shēng)了(le)巨(jù)大(dà)的形变。其(qí)实(shí)这些星(xīng)系本(běn)身(shēn)并不(bù)是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的(de)天(tiān)体(tǐ)和(hé)我们地球上的观测(cè)者之(zhī)间。被一个质量(liàng)超级巨(jù)大的(de)天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥(yáo)远星(xīng)系的光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大(dà)的(de)天体(tǐ)可(kě)能(néng)是超大质量的黑洞(dòng)或者是(shì)暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测(cè)的(de)时(shí)候，发现它(tā)的大质(zhì)量区域并不是在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是(shì)当星团(tuán)发(fā)生(shēng)全部的(de)碰撞时，可被(bèi)观测到的质(zhì)量气(qì)体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗物质则(zé)直(zhí)接(jiē)通过了这个区(qū)域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究(jiū)也(yě)被认为是暗物质存(cún)在(zài)的迄今为(wèi)止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各(gè)相同性(xìng)的(de)微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域(yù)，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过(guò)对前(qián)景背景(jǐng)分离后的二(èr)值(zhí)图像进行连(lián)通(tōng)域(yù)提取(qǔ)和标记之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有暗物(wù)质，图形(xíng)看起来不应该是这样(yàng)的，而(ér)随着暗物质的(de)增加，一些峰值(zhí)的幅度会(huì)减小，才(cái)变得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值(zhí)，我们需要的暗物(wù)质大约是普通(tōng)物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与(yǔ)解释星系当(dāng)中恒(héng)星运动所需要的暗物(wù)质比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了(le)一个简单(dān)的(de)理论框(kuāng)架，就很好地解(jiě)释(shì)了(le)很多不同的观测结(jié)果。而暗物质的本质就(jiù)是(shì)宇宙当中(zhōng)存(cún)在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它(tā)们不(bù)参与任何其他的(de)电磁作(zuò)用，只通过(guò)引力来相互作用。所以(yǐ)如果能(néng)够找(zhǎo)到这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)的(de)存在，就相当于找到了(le)暗物质(zhì)存在的(de)实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学(xué)家们(men)已经提出(chū)了数十种的(de)假(jiǎ)想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目(mù)标(biāo)粒子所(suǒ)需要的(de)实(shí)验方(fāng)式(shì)也(yě)不相同(tóng)。在过(guò)去的几(jǐ)十年(nián)当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸(mō)不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经(jīng)进行了(le)超(chāo)过50次的实验，却没有任何实(shí)质性(xìng)的发现，除了一(yī)个地方(fāng)，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到了(le)某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发现了(le)一个(gè)有趣的(de)事情(qíng)。探测率会(huì)在每年的(de)6月份达(dá)到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年(nián)都(dōu)是一(yī)样。一些科学家认为这可能是人类发现暗(àn)物质的第一(yī)个(gè)直(zhí)接证据(jù)。

但是为什么暗(àn)物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的(de)速(sù)度(dù)围(wéi)绕(rào)着银河(hé)系进行(xíng)移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味(wèi)着我们也在以这样的速(sù)度在穿越着(zhe)暗(àn)物(wù)质(zhì)流，这个过(guò)程中会(huì)产生(shēng)相(xiāng)应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年的时(shí)间，地球围绕(rào)太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系(xì)的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管在实际(jì)的情(qíng)况中，太阳系相对银(yín)河系(xì)的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并(bìng)不影响(xiǎng)这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这可以用(yòng)来(lái)解(jiě)释(shì)，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到的周期性信号。当然(rán)也可能有其他的情况，造成这种年度周期(qī)信号的(de)差(chà)异(yì)也可能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客的数量也(yě)符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建(jiàn)立了(le)一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节(jié)与之(zhī)前的实验室正好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动(dòng)特征和第(dì)一(yī)个实验室是一(yī)样(yàng)的(de)。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为(wèi)暗物质所存在(zài)的(de)非常有力的(de)证据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无(wú)法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台新的望远镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽(kuān)视场仪(yí)器提供的视野(yě)是(shì)哈(hā)勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关键的(de)用(yòng)途(tú)就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后的(de)奥秘，对(duì)于(yú)探测的结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒(lì)子天体物(wù)理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物(wù)质存在，它们(men)极有可(kě)能拥(yōng)有另(lìng)一种神秘的(de)效应，这(zhè)种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如(rú)果(guǒ)这一理论得到(dào)进一步的(de)证实(shí)，那么遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落(luò)的行(xíng)星(xīng)上，暗物(wù)质(zhì)正在通过(guò)这样(yàng)的效应创造生命。当然(rán)，这些推论的(de)大前提是要(yào)先找到暗(àn)物质存在的(de)实际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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