宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会(huì)存在科(kē)学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什(shén)么？人类为了(le)寻(xún)找暗物质存在的证据，科学(xué)家们在过去的几十年当中进行了超(chāo)过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据(jù)。除了(le)一个地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲(zhé)学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们(men)发现某些天体(tǐ)运行轨道(dào)出现异(yì)常(cháng)，不符(fú)合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的时候，他们(men)就(jiù)会(huì)知道，周围一(yī)定有未知(zhī)的天体(tǐ)通过(guò)引力(lì)在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通过天王(wáng)星运行轨道(dào)的异常，推算并且发(fā)现(xiàn)了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都(dōu)是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律所(suǒ)取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事(shì)情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正在(zài)研究和测量后(hòu)发(fā)星系团的质量。这(zhè)是一个由数千个星(xīng)系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结果一致，就(jiù)可(kě)以确定其(qí)质(zhì)量的范围。

第一(yī)种是获得其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要(yào)的数(shù)据是测量各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的(de)计算(suàn)，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中的各个(gè)星系相对(duì)于星系团的运动速(sù)度。当测量(liàng)结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光(guāng)的形式所(suǒ)存在(zài)，我们无法(fǎ)看到(dào)。最(zuì)诡异的(de)是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威(wēi)基发(fā)现星系团中很(hěn)多星系的速度(dù)比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可(kě)见星系的质(zhì)量所产生的(de)引力是无(wú)法将它们束(shù)缚在星系团内的(de)，它们早(zǎo)就应该被抛出(chū)星系(xì)团之(zhī)外(wài)了(le)，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来(lái)源(yuán)于某种隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出(chū)了这样部分不可(kě)见(jiàn)的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才(cái)再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运(yùn)行速(sù)度就会越(yuè)慢(màn)。但是(shì)他们(men)观测的结果却让(ràng)人感到不可思(sī)议。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎(hū)保持(chí)不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒(héng)星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家(jiā)们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就(jiù)是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距(jù)离(lí)星(xīng)系(xì)中(zhōng)心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速(sù)度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的力(lì)量进入其中。

于是科(kē)学家们通过(guò)射电望(wàng)远镜测量了距(jù)离星系中心更远距离的(de)氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我们的太阳系也不(bù)例外(wài)，太阳系位于银河(hé)系(xì)的第(dì)三悬臂之上，距离银(yín)河(hé)系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的原因很可(kě)能(néng)就是存(cún)在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗物(wù)质的引力(lì)效应将星(xīng)系聚集在了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗物质的(de)存在(zài)。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物(wù)质的质量占整个星系质(zhì)量的(de)85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一可以解(jiě)释这个现(xiàn)象的原因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没(méi)有引力效(xiào)应的(de)遥远恒(héng)星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发现了一(yī)个反(fǎn)常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银河系不多，但是(shì)星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)存在的恒(héng)星数量却只有(yǒu)银河(hé)系(xì)的(de)千(qiān)分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系必须存(cún)在暗(àn)物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是(shì)科学(xué)家们使(shǐ)用最先(xiān)进的望(wàng)远镜对(duì)其进(jìn)行了(le)40个(gè)小时的详细(xì)测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可(kě)以用正常的物质(zhì)和力学定律来解释的(de)。那么又有人提出，也(yě)许该星系的暗物(wù)质，已经(jīng)被附近(jìn)的另一个大星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何(hé)星系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一种可(kě)能就(jiù)是(shì)人类(lèi)对(duì)引力(lì)的(de)理解还不够全(quán)面，引力很可能在(zài)不同(tóng)尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但是上(shàng)升(shēng)到(dào)星系和星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的(de)相互作用则是不同的(de)方(fāng)式。对于(yú)在(zài)星系(xì)团之间的相互(hù)作(zuò)用，科学家还引入了外部场效应的概念(niàn)，指的是在数(shù)百万光年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需(xū)要(yào)对现在的物(wù)理定律进(jìn)行(xíng)修正，这些发(fā)现也让(ràng)很多(duō)人认(rèn)为(wèi)暗(àn)物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们(men)大部(bù)分的普通(tōng)质量都(dōu)在星系(xì)的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星(xīng)际(jì)气体的相互作用就(jiù)会导致温(wēn)度(dù)的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于(yú)所有这些气体所在的(de)中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们(men)通过(guò)什么(me)来验(yàn)证(zhèng)它的质量(liàng)区域(yù)到(dào)底是不是集中在中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一(yī)张全(quán)彩的高清照片，在照片(piàn)中(zhōng)我们(men)可以明(míng)显(xiǎn)地看到很多星系(xì)似(shì)乎被拉(lā)伸产生了(le)巨大的(de)形变(biàn)。其(qí)实这些星系本(běn)身并不(bù)是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了(le)什么问题，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的(de)天体和我们(men)地(dì)球(qiú)上的(de)观测者之间。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥远星系(xì)的光都(dōu)发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现象就(jiù)是(shì)引力(lì)透(tòu)镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物(wù)质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观(guān)测的时(shí)候，发现它的大质量区(qū)域并不是在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧(cè)。所以最好的解释(shì)方法就是当(dāng)星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在(zài)了(le)中(zhōng)间，暗(àn)物质则直接通(tōng)过了这个区(qū)域(yù)，并在两边形成了(le)引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后(hòu)，可(kě)见光终(zhōng)于(yú)可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过(guò)了(le)130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景(jǐng)上留下(xià)了各(gè)相同性的微波辐射(shè)。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示(shì)相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万(wàn)分之一。

科(kē)学(xué)家们通过(guò)对前景背景分离后的二值(zhí)图像(xiàng)进行连通域提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该(gāi)是这样(yàng)的(de)，而随着暗物(wù)质(zhì)的增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度会(huì)减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射(shè)的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是一(yī)致的。这就意味(wèi)着。

用了(le)一个(gè)简单的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地解释了很多不(bù)同的(de)观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的本(běn)质就是(shì)宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的电(diàn)磁(cí)作用，只通过引力(lì)来相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的(de)实际(jì)证据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是什么？科(kē)学家(jiā)们已(yǐ)经提出(chū)了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的(de)目标粒子所需(xū)要的实(shí)验方式也不相同。在过去(qù)的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不(bù)到(dào)，几乎不(bù)会与常(cháng)规物质相互作用的“暗(àn)物(wù)质(zhì)”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除(chú)了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处的(de)地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地(dì)学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层(céng)楼高的探测器，一直致(zhì)力(lì)于寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科学家声称观(guān)测到了(le)某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而(ér)且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是(shì)人类发现暗物质的(de)第(dì)一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期性(xìng)的年(nián)度信(xìn)号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进(jìn)行移动(dòng)，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着(zhe)我(wǒ)们也在以这(zhè)样的(de)速(sù)度在(zài)穿(chuān)越(yuè)着暗物质流，这个过(guò)程(chéng)中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方(fāng)向与太阳环绕银(yín)河系的方向是(shì)一致的(de)，而另外(wài)半年则(zé)与之相反。

而在6月(yuè)份的(de)时候(hòu)，地(dì)球与太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的(de)有效性。

因此科(kē)学家(jiā)认为这可以用来解(jiě)释，研(yán)究人员们所观测到的(de)周期性信号。当然也(yě)可(kě)能有其他的情况，造成这种年(nián)度周(zhōu)期信号(hào)的(de)差异也可能(néng)是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高(gāo)山(shān)上的(de)积雪，甚至连意大利游(yóu)客(kè)的数量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在(zài)这(zhè)里，地(dì)球(qiú)穿过暗物(wù)质流的运(yùn)动特征和第一个(gè)实验室是一(yī)样的(de)。

因此，如果在这里可以得到(dào)相(xiāng)同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相应的数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它(tā)的宽视场仪(yí)器(qì)提供(gōng)的视野是哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān千里修书只为墙 让他三尺又何妨全诗告诉我们什么道理，千里修书只为墙让他三尺又何妨全诗)键(jiàn)的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的(de)奥秘，对于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的科学(xué)家丹(dān)琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是生命进化的一个重(zhòng)要(yào)因(yīn)素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得到进(jìn)一步(bù)的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会(huì)意味着人类并不(bù)孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通(tōng)过这样的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这(zhè)些推论的大(dà)前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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