宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在(zài)科学无法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们(men)在过(guò)去的几十年(nián)当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任(rèn)何(hé)的有效证据(jù)。除(chú)了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当(dāng)天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异(yì)常，不符合万有引力(lì)定律的时(shí)候，他(tā)们就会知(zhī)道，周围一(yī)定(dìng)有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并(bìng)且(qiě)发现(xiàn)了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的发(fā)现都是应用万有引力定律(lǜ)所(suǒ)取(qǔ)得重大(dà)天文成就(jiù)的(de)例子。但是这(zhè)些发现都(dōu)是(shì)在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当(dāng)我们上(shàng)升到(dào)星系(xì)或者是星团(tuán)的尺度，事情就(jiù)开(kāi)始变得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞(ruì)士(shì)的物理学(xué)家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量(liàng)后发(fā)星系团的质量。这是(shì)一个由(yóu)数千个星系(xì)所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团(tuán)的质量(liàng)一般(bān)会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结(jié)果一致，就可以确定其(qí)质量的范(fàn)围。

第(dì)一种是获得其"光(guāng)度(dù)学的质量"，需要的数据是(shì)测量(liàng)各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量(liàng)星系(xì)团中的(de)各个星系(xì)相对(duì)于星系团(tuán)的运动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式(shì)所存在，我们(men)无法(fǎ)看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系(xì)团(tuán)中很多星系(xì)的速(sù)度(dù)比(bǐ)理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠(kào)这些可(kě)见星系的质量所(suǒ)产生的(de)引力是无(wú)法将它(tā)们束(shù)缚在星系团内的，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部(bù)分(fēn)不可见的暗(àn)质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时(shí)的(de)人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词(cí)才再一次(cì)出(chū)现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系(xì)中的恒星(xīng)运动。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们观(guān)测的结果(guǒ)却(què)让(ràng)人感到(dào)不(bù)可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的(de)增加，恒星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力定律，在星系(xì)当(dāng)中如果(guǒ)没有足够大的(de)质(zhì)量来(lái)吸引它(tā)们(men)，这些外围的(de)恒星(xīng)早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基(jī)于这(zhè)种现象，科学(xué)家们(men)会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标(biāo)准的方法来解释(shì)暗物质的(de)存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)。如果出现异常的(de)结果，就认为(wèi)是由暗物质的力(lì)量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜测量(liàng)了距离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的氢元(yu牛剖层皮革是不是真皮，牛皮革是什么材质án)素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我们的太(tài)阳系也(yě)不例外，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系的第三悬(xuán)臂(bì)之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万有引力(lì)定(dìng)律进行(xíng)计(jì)算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向(xiàng)心加速(sù)度(dù)的原因(yīn)很可能(néng)就是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们(men)看不(bù)到的(de)物质，是这些(xiē)暗物质的(de)引力效应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究人员(yuán)开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一(yī)可以解释这个现象的(de)原(yuán)因。在一项新的研(yán)究当(dāng)中(zhōng)，科学家们(men)发现(xiàn)，几乎没(méi)有引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学(xué)家还(hái)发现了一个(gè)反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河(hé)系不多，但是(shì)星系(xì)当中(zhōng)存在(zài)的恒星数量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学(xué)家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发(fā)现星系中的恒星运动是(shì)可(kě)以用正常的物(wù)质和力学(xué)定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被附近的(de)另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没(méi)有任何星(xīng)系(xì)存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类(lèi)对引力的理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引力(lì)很可能在(zài)不同尺(chǐ)度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这(zhè)意味着(zhe)在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是(shì)上(shàng)升到星系和星团(tuán)的尺度，引力(lì)之间的相互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系(xì)团(tuán)之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了(le)外部场(chǎng)效(xiào)应的概念，指的是在(zài)数百(bǎi)万光(guāng)年的规模(mó)上，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质(zhì)假说理论就此终结(jié)。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于暗(àn)物(wù)质存在的(de)其他的(de)理论(lùn)证据，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德(dé)理论所(suǒ)没(méi)法解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为(wèi)37亿光(guāng)年的子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类(lèi)似这(zhè)样的星团(tuán)，它们(men)大部分的普通质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候(hòu)，星际气(qì)体(tǐ)的相互作(zuò)用就会导致温度(dù)的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部(bù)分的质量将位于所(suǒ)有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么我们(men)通过什么来验证(zhèng)它的质量区域(yù)到底是(shì)不是集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了(le)宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以明(míng)显地看到(dào)很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系(xì)本身并不是(shì)真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什么(me)问题，而是这(zhè)样极遥(yáo)远的(de)天体和我们地牛剖层皮革是不是真皮，牛皮革是什么材质球上的观测者之(zhī)间。被一(yī)个质(zhì)量超级(jí)巨(jù)大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光都发生了(le)扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这(zhè)个(gè)巨大的天体可能是超大(dà)质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子弹星系团观测的时(shí)候(hòu)，发现它的大质量区(qū)域并不是(shì)在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团发生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的(de)质(zhì)量气体被卡在(zài)了中间(jiān)，暗物质则直接通(tōng)过了(le)这个区域(yù)，并(bìng)在两边形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了(le)。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较冷(lěng)的区域，但实际上(shàng)它们之(zhī)间(jiān)的温差只有万分之一(yī)。

科(kē)学家们通(tōng)过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进(jìn)行连(lián)通域提取和标记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该是这(zhè)样的，而随(suí)着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才(cái)变得(dé)看起来(lái)“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射(shè)的(de)测(cè)量值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗(àn)物质(zhì)大约是(shì)普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数字与(yǔ)解(jiě)释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运动(dòng)所需要的暗物质比(bǐ)例是(shì)一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观(guān)测结(jié)果。而暗(àn)物(wù)质的(de)本质就是宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参(cān)与(yǔ)任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力(lì)来相互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒子的(de)存(cún)在，就相(xiāng)当于找到了暗(àn)物(wù)质存在的(de)实际(jì)证据(jù)。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学(xué)家们已(yǐ)经提出了数十种的假想目(mù)标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒(lì)子所需要的实验方式也不相同。在过去的(de)几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常(cháng)规物(wù)质相互作用(yòng)的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次(cì)的实验，却没有任(rèn)何实质性的(de)发现，除了一个(gè)地方，意大(dà)利的格(gé)兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下(xià)矿(kuàng)井当(dāng)中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物(wù)质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来，这里的(de)科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们(men)发(fā)现了(le)一个有(yǒu)趣(qù)的(de)事(shì)情。探测(cè)率(lǜ)会在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最(zuì)低，而(ér)且在20年(nián)当中每年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能(néng)是人类发现暗物(wù)质的第一(yī)个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什么(me)暗物质(zhì)会(huì)产生周期性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度(dù)围绕(rào)着(zhe)银河(hé)系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意(yì)味着(zhe)我们(men)也在以这样(yàng)的(de)速(sù)度在穿越着暗物(wù)质流，这个(gè)过程(chéng)中会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是(shì)一(yī)致(zhì)的，而另外半年(nián)则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地(dì)球(qiú)与太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到完(wán)全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗物(wù)质流最(zuì)快的(de)时(shí)段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但(dàn)是(shì)这并(bìng)不(bù)影(yǐng)响这个理(lǐ)论的(de)有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学家认为(wèi)这可以(yǐ)用(yòng)来(lái)解释，研究人员们所观(guān)测到的周期性信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造(zào)成这种年度周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符合这个周(zhōu)期的(de)规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个(gè)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(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第(dì)一个实验室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如(rú)果在这里(lǐ)可(kě)以得到相同的(de)信号，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了(le)。但是由(yóu)于这个实验室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所以截至目前还无(wú)法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈(hā)勃(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽视场仪器提(tí)供的(de)视野是哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一(yī)个关键的用(yòng)途就是(shì)探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子(zi)天体物理(lǐ)中心(xīn)的(de)科学家丹(dān)琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的(de)效(xiào)应，这种暗物质效应(yīng)，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行(xíng)星上，暗(àn)物质(zhì)正在通(tōng)过这样的效(xiào)应创(chuàng)造(zào)生命(mìng)。当(dāng)然，这(zhè)些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗(àn)物(wù)质到(dào)底存不存在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的(de)支持是(shì)我更新的动力(lì)！

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