宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了(le)寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十(shí)年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却没(méi)有(yǒu)发现任何的有效证据。除(chú)了一个(gè)地(dì)方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律，它揭(jiē)示了(le)宇宙中天体运(yùn)动的(de)规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文(wén)学(xué)家们发现某些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的(de)时候，他们就会(huì)知道，周围(wéi)一定有未知的天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推算(suàn)并(bìng)且(qiě)发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引力定(dìng)律所(suǒ)取得(dé)重大天文(wén)成就的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升(shēng)到(dào)星系或者是(shì)星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

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1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨(cí)兹威(wēi)基(jī)正在研(yán)究和(hé)测(cè)量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千(qiān)个星(xīng)系所组成(chéng)的巨(jù)大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般(bān)会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致(zhì)，就可(kě)以确定(dìng)其质量(liàng)的范围。

第一种是获得(dé)其(qí)"光度学的质量"，需要的(de)数据(jù)是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是(shì)动力学质量的(de)计(jì)算(suàn)，是利用光谱红移测(cè)量星系团(tuán)中(zhōng)的各个星系相对于星系团的运动速度(dù)。当测量结果出(chū)来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的(de)质(zhì)量并不以(yǐ)可见光的形式(shì)所存在，我们无法看到(dào)。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的(de)质(zhì)量所产(chǎn)生的引(yǐn)力是无法将它们(men)束缚在星系团(tuán)内的，它们(men)早就应该被抛(pāo)出星系团之外(wài)了，除(chú)非(fēi)有一(yī)种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来(lái)源(yuán)于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维基提出(chū)了这样部分不(bù)可(kě)见的暗质，它不(bù)发(fā)散光、吸光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的(de)人(rén)们(men)对(duì)这(zhè)样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观(guān)测仙女座星(xīng)系中的恒星(xīng)运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就(jiù)会越(yuè)慢。但(dàn)是(shì)他们观测的结果却让(ràng)人感到(dào)不可思(sī)议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不(bù)变。可是根据(jù)牛(niú)顿的万有引力定律，在星(xīng)系当(dāng)中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它(tā)们(men)，这些外围(wéi)的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到(dào)宇宙当(dāng)中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用(yòng)一种(zhǒng)相对(duì)标准的(de)方法来解释暗物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量(liàng)星系当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上距离星(xīng)系中心(xīn)的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度(dù)。如果出(chū)现异(yì)一澳币兑换多少人民币汇率，一澳币换多少人民币？常的(de)结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是(shì)科(kē)学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素(sù)，发现它们的(de)旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位(wèi)于(yú)银河系的第三(sān)悬臂之(zhī)上，距离(lí)银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳(yáng)系的运行速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个(gè)实(shí)际速(sù)度远远大于(yú)理论速度，那么产生以上这种向心加速(sù)度的原(yuán)因很可(kě)能就是存在着一种我们看不到的(de)物质，是(shì)这(zhè)些暗物质的(de)引力效(xiào)应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研(yán)究人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度(dù)，估(gū)算在星系当中暗物(wù)质的质量(liàng)占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解(jiě)释(shì)这(zhè)个现象的(de)原因(yīn)。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发(fā)现(xiàn)了(le)一个反(fǎn)常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当(dāng)中存在的恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有银河系的(de)千分之一。

所以在理论(lùn)上，该(gāi)星(xīng)系必须存在暗(àn)物质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离析(xī)。但(dàn)是科学家们(men)使用(yòng)最先进的望远镜对其进(jìn)行了(le)40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可(kě)以(yǐ)用(yòng)正常的(de)物质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也(yě)许该星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存(cún)在(zài)。造成这些(xiē)现象的除了暗(àn)物质的假说之(zhī)外(wài)，另一(yī)种可能就(jiù)是人(rén)类(lèi)对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工(gōng)作方式是不(bù)同的，这意味着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们(men)的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系(xì)和(hé)星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作用则是不(bù)同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还引入了外部(bù)场效(xiào)应的概念，指的是在(zài)数(shù)百万光年的规模上(shàng)，巨大(dà)的(de)质量之间会(huì)产生对彼此特(tè)殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要对现在的物(wù)理(lǐ)定律进行修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物(wù)质假说理论就此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年(nián)的(de)子弹星系团，由(yóu)两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们(men)大(dà)部分(fēn)的(de)普通质(zhì)量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰撞的时(shí)候，星际气体(tǐ)的(de)相互(hù)作用就会(huì)导致(zhì)温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系(xì)团大部分的质(zhì)量将位(wèi)于所(suǒ)有(yǒu)这些气体所在的(de)中间区域。那么我们通过什么来验证它(tā)的质量(liàng)区(qū)域到底是不是集(jí)中在中(zhōng)间(jiān)呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦(wéi)伯太空(kōng)望(wàng)远镜传回(huí)了(le)宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在(zài)照片中(zhōng)我们可以明显(xiǎn)地(dì)看到很(hěn)多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大(dà)的形变(biàn)。其(qí)实(shí)这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了(le)什么问题(tí)，而(ér)是这样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和我们地球(qiú)上(shàng)的观测(cè)者之间。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都(dōu)发生了(le)扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹(dàn)星系团(tuán)观测的(de)时候，发(fā)现它的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当星团发(fā)生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质(zhì)则直接(jiē)通过了这个区域，并(bìng)在两边(biān)形成了(le)引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被认为(wèi)是(shì)暗物(wù)质存(cún)在的(de)迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年(nián)之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年(nián)之后，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上留下(xià)了各相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示(shì)温度较高的(de)区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域(yù)，但实际上它(tā)们之间的温(wēn)差(chà)只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们通(tōng)过(guò)对前景背景分离后的二(èr)值图像(xiàng)进(jìn)行(xíng)连通(tōng)域提取和标(biāo)记之后发现，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐(fú)射(shè)的测量值，我们需要的(de)暗(àn)物质大约是普通物质的(de)5倍(bèi)。这个数字与解释(shì)星系当(dāng)中恒星运动所需要的(de)暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的(de)理(lǐ)论框架，就很好地(dì)解释了很多(duō)不同的(de)观测(cè)结果。而暗(àn)物质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何(hé)其他的电(diàn)磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子(zi)的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十(shí)种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标(biāo)粒子所需(xū)要的实(shí)验方(fāng)式也(yě)不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人(rén)类为了寻(xún)找这些(xiē)看(kàn)不(bù)见(jiàn)、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规(guī)物质(zhì)相互(hù)作用(yòng)的“暗物质”，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(zhì)性(xìng)的发现，除了一个(gè)地方，意(yì)大(dà)利的(de)格(gé)兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在(zài)山(shān)下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上(shàng)最大的地学(xué)实验(yàn)室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探(tàn)测器，一(yī)直致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们(men)发(fā)现(xiàn)了一(yī)个有趣(qù)的(de)事情(qíng)。探测率会在(zài)每年(nián)的6月份达到(dào)峰(fēng)值(zhí)，然后在(zài)11月降到最(zuì)低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年都是一样(yàng)。一(yī)些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第(dì)一(yī)个直接证据。

但是为什(shén)么(me)暗物质会(huì)产生周期性的年度(dù)信(xìn)号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕着银河系(xì)进行移动，那么如果暗物质(zhì)存(cún)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我们也(yě)在以这样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗物(wù)质(zhì)流(liú)，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同(tóng)时地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时(shí)间(jiān)，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的，而(ér)另(lìng)外(wài)半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候(hòu)，地球与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好(hǎo)达到完全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上(shàng)地球(qiú)穿越暗(àn)物(wù)质流(liú)最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并(bìng)不影响这个(gè)理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用(yòng)来(lái)解释，研究人员们所观测到(dào)的周期性信号(hào)。当然也可能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种年度周(zhōu)期信(xìn)号的(de)差异也(yě)可能是温度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数量(liàng)也(yě)符合这(zhè)个周期(qī)的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之(zhī)前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一(yī)个实(shí)验室(shì)是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如(rú)果在这里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗(àn)物质所(suǒ)存在的非(fēi)常有力的证(zhèng)据了。但是由(yóu)于这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法提(tí)供相应的数据(jù)支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的(de)主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器(qì)提供的视野(yě)是哈勃(bó)红(hóng)外(wài)仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关(guān)键(jiàn)的(de)用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒(lì)子天体物理(lǐ)中心的科(kē)学家丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存在，它们极(jí)有可(kě)能拥有另一种(zhǒng)神秘的(de)效应，这种暗(àn)物质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中生(shēng)命的(de)诞生，或者(zhě)说是(shì)生命进(jìn)化的(de)一个重(zhòng)要因素(sù)。

如果这一理论得到进一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的暗物质会(huì)不(bù)会(huì)意味着人类并不孤单(dān)呢(ne)？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要先找到(dào)暗物质存在(zài)的实(shí)际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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