宇宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学(xué)无法解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据(jù)，科学家们(men)在(zài)过去的几(jǐ)十年当(dāng)中(zhōng)进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没(méi)有发现任何(hé)的(de)有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发(fā)表了万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的(de)几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出(chū)现异常，不(bù)符(fú)合万有引力定(dìng)律的时候，他们就(jiù)会知道，周围(wéi)一(yī)定有(yǒu)未知的天体(tǐ)通(tōng)过引力在摄(shè)动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并且发现(xiàn)了(le)海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王(wáng)星(xīng)的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天(tiān)文(wén)成就的例子(zi)。但是这些发(fā)现都是在恒星系统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始变得(dé)诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测(cè)量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力(lì)束(shù)缚(fù)在一起。测量星系(xì)团的质(zhì)量一般会使用到(dào)两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确(què)定其质量(liàng)的范围。

第(dì)一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数(shù)据(jù)是测量各个星(xīng)系的光度(dù)。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利(lì)用(yòng)光谱红移测量星(xīng)系团中的各个星系(xì)相对(duì)于星系团的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味(wèi)着，后发座星(xīng)系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可(kě)见(jiàn)光的形式(shì)所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异(yì)的是，在(zài)测量速度的(de)过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多(duō)星系的速度比(bǐ)理论(lùn)上要快得(dé)多(duō)，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见星(xīng)系的质(zhì)量所产生(shēng)的引力是(shì)无法将它们(men)束缚在星(xīng)系团内的(de)，它(tā)们早就(jiù)应(yīng)该被抛出(chū)星系(xì)团之外了(le)，除非有一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源(yuán)于某(mǒu)种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见(jiàn)的(de)暗质，它不发散光(guāng)、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们(men)却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种说法不(bù)屑(xiè)一(yī)顾。

直(zhí)到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再一次出现。天文(wén)学(xué)家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福(fú)特在(zài)观测(cè)仙女座星系中的(de)恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来(lái)说，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒(héng)星在其轨道上的(de)运(yùn)行速(sù)度就会越慢。但是他们(men)观测的结果却让人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离的增加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎(hū)保持不变。可(kě)是根据牛顿的万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果没(méi)有(yǒu)足够大(dà)的质量来(lái)吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于(yú)这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会使用(yòng)一种相对(duì)标准的方法来解(jiě)释暗(àn)物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常(cháng)的(de)结果，就认为是由暗物质(zhì)的(de)力(lì)量进入(rù)其中。

于是科(kē)学(xué)家(jiā)们通过(guò)射电望(wàng)远镜(jìng)测量了距离星系中心更远距(jù)离的(de)氢(qīng)元素(sù)，发现它们(men)的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河(hé)系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有引力(lì)定律(lǜ)进(jìn)行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度(dù)远远大于理论速(sù)度，那name是什么意思 name是姓还是名么产生(shēng)以(yǐ)上这种向心加速度(dù)的(de)原因很可能就是存(cún)在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开(kāi)始，越来越多(duō)的研究人员开(kāi)始相信暗(àn)物质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒(héng)星轨道的(de)速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一可以解释(shì)这个现象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应(yīng)的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也(yě)会(huì)出(chū)现速度上的(de)微小差(chà)异。另外，天文学家还发现(xiàn)了(le)一个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系(xì)距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中(zhōng)存在的恒(héng)星(xīng)数量却(què)只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必(bì)须存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对(duì)其进行了40个小(xiǎo)时的详细测(cè)量之后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用正常的物质和力学(xué)定律(lǜ)来解释的(de)。那(nà)么又有人提(tí)出，也许该星系的(de)暗物质(zhì)，已经(jīng)被附近的(de)另一个(gè)大星系剥(bō)离了(le)。奇怪的(de)是，它的附近(jìn)没有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引力很可(kě)能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的(de)，这意味着在行(xíng)星(xīng)系尺度中的天(tiān)体会沿(yán)着(zhe)它们(men)的轨(guǐ)道，按(àn)照(zhào)我们所理(lǐ)解的方式(shì)运动(dòng)。但(dàn)是上升(shēng)到星系和星团的(de)尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在(zài)星系(xì)团(tuán)之间的相互作用，科(kē)学家还引入了外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质(zhì)量(liàng)之(zhī)间(jiān)会产生对(duì)彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需(xū)要对现(xiàn)在(zài)的物理定(dìng)律进(jìn)行修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结(jié)。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其(qí)他(tā)的理论(lùn)证据，这些理论(lùn)证据是蒙德(dé)理论(lùn)所没法解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似(shì)这样的星团(tuán)，它们大部分的(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(xiǎo)时发(fā)生碰撞(zhuàng)的(de)时候，星际(jì)气体的相互作用(yòng)就会导(dǎo)致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部(bù)分的质量(liàng)将位于(yú)所有这些气体所(suǒ)在的中间区域(yù)。那么我们通过什么来验证它的(de)质量区域到底是不是(shì)集(jí)中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回(huí)了(le)宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片(piàn)，在(zài)照片中我们(men)可以明显(xiǎn)地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的(de)形变。其实这(zhè)些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么问(wèn)题，而是(shì)这(zhè)样极遥远的天体和我们(men)地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大(dà)质量的(de)东西(xī)的(de)引(yǐn)力，会(huì)使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的(de)光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能(néng)是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者(zhě)是(shì)暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们对子弹(dàn)星系团观测的(de)时候(hòu)，发现它的(de)大(dà)质量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解(jiě)释(shì)方(fāng)法(fǎ)就是当星团发(fā)生全部的碰撞时(shí)，可被观测(cè)到的(de)质量气体被卡(kǎ)在(zài)了(le)中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区(qū)域(yù)，并(bìng)在两边形(xíng)成了引力(lì)透(tòu)镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的引力透(tòu)镜研究也(yě)被认(rèn)为是暗物质存在的迄(qì)今(jīn)为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间(jiān)背景上留下了(le)各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的(de)区域，蓝色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷的区(qū)域，但实际上它们之间(jiān)的温差(chà)只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后(hòu)的二值(zhí)图像进行连通域提取和标(biāo)记(jì)之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当中没有(yǒu)暗(àn)物质(zhì)，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而随着暗物质的(de)增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普(pǔ)通(tōng)物(wù)质的5倍。这个(gè)数字(zì)与解释(shì)星系当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需要(yào)的暗(àn)物(wù)质比例是一致的。这(zhè)就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个(gè)简单的(de)理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不同的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在着某(mǒu)种类(lèi)型的粒子，它们(men)不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互(hù)作用。所以如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒子(zi)的存在(zài)，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在(zài)的实际证据。这种粒(lì)子到底(dǐ)是什么(me)？科(kē)学家们已经提(tí)出了数(shù)十种的假想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的目标(biāo)粒子所需要(yào)的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年(nián)当中，人(rén)类为了(le)寻找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不(bù)会与常(cháng)规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的(de)发(fā)现(xiàn)，除(chú)了(le)一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的(de)探测(cè)器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒(lì)子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科学家声(shēng)称观测到了(le)某种信号。经过了(le)20多年的数(shù)据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一个(gè)有趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会在每(měi)年的6月份达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月降到(dào)最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家认为这可能是人(rén)类发(fā)现暗(àn)物(wù)质的(de)第一个直(zhí)接证据。

但是(shì)为什么暗物质(zhì)会产生(shēng)周期性的年度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们(men)讲了太阳系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒的(de)速度围(wéi)绕着银河系进行移(yí)动，那么(me)如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过(guò)程(chéng)中会产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕(rào)太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系(xì)的方(fāng)向是一致(zhì)的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时候，地(dì)球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地球(qiú)穿越暗物质流最快的(de)时段。而(ér)在11月份，又恰好达到(dào)了(le)最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这(zhè)可以(yǐ)用来解(jiě)释(shì)，研究人员(yuán)们(men)所观(guān)测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度周期信号(hào)的差(chà)异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立(lì)了一(yī)个几乎相同(tóng)的(de)实验室，这里(lǐ)的(de)季节与之(zhī)前的实验(yàn)室正好相反，而(ér)在这(zhè)里，地(dì)球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和(hé)第一个实验(yàn)室(shì)是(shì)一样的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里可以(yǐ)得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的(de)非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个(gè)实(shí)验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久(jiǔ)，所以(yǐ)截至(zhì)目前(qián)还无法提(tí)供相应的数(shù)据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟(gēn)哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的(de)视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜其中一(yī)个关(guān)键的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物(wù)质背(bèi)后的(de)奥(ào)秘，对于(yú)探测的结(jié)果，我(wǒ)们(men)只能拭目(mù)以待了。费米实验(yàn)室粒子天(tiān)体物(wù)理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在(zài)，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一(yī)个重(zhòng)要因(yīn)素。

如(rú)果这一理论得到进(jìn)一步的(de)证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会(huì)不会意味着人类并不(bù)孤单呢(ne)？或(huò)许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前提是要先找到暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的实际证据(jù)。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗(àn)物质(zhì)到底存不存在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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