宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟是什么？人(rén)类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据(jù)，科(kē)学家(jiā)们在过去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的(de)长期(qī)实验，但是却(què)没有(yǒu)发(fā)现(xiàn)任何的(de)有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规(guī)律。往后的(de)几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时(shí)候(hòu)，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知(zhī)的天体通过(guò)引(yǐn)力(lì)在(zài)摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通过天(tiān)王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发(fā)现了(le)海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星(xīng)的发现都是应用(yòng)万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定(dìng)律所取(qǔ)得重大天文成就的例子(zi)。但是这些(xiē)发现都是在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中，可当我(wǒ)们上升(shēng)到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹(zī)威基正在研究和测(cè夏洛的网作者是谁 夏洛的网主人公是谁)量后(hòu)发(fā)星系(xì)团的(de)质量。这是一个由数千(qiān)个(gè)星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大(dà)星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般(bān)会使用到(dào)两种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确(què)定(dìng)其质(zhì)量(liàng)的(de)范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星系(xì)的光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团(tuán)中(zhōng)的各个星(xīng)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(wēi)基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然是(shì)“光(guāng)度(dù)学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意味着(zhe)，后发座(zuò)星系(xì)团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存(cún)在，我们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系(xì)团(tuán)中很多(duō)星系的(de)速(sù)度(dù)比(bǐ)理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的(de)运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所(suǒ)产生(shēng)的引(yǐn)力是无法将它(tā)们束缚在星系(xì)团内的，它(tā)们早就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除(chú)非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹(zī)维基(jī)提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的质(zhì)量。只是当时(shí)的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次(cì)出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特在(zài)观测仙女座(zuò)星系中(zhōng)的(de)恒星(xīng)运动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中心越远的恒(héng)星(xīng)在其轨(guǐ)道上的(de)运行(xíng)速(sù)度就(jiù)会(huì)越慢(màn)。但是他们观(guān)测的结(jié)果却让人感到不(bù)可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速(sù)度(dù)几乎(hū)保持(chí)不(bù)变(biàn)。可(kě)是根据(jù)牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律，在星系(xì)当(dāng)中如(rú)果没有足够大的(de)质量来(lái)吸引它们，这(zhè)些外(wài)围的(de)恒(héng)星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科(kē)学(xué)家(jiā)们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是(shì)测量星系当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中心的(de)距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋转速度。如果出现异(yì)常的结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物(wù)质的力量(liàng)进入(rù)其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们(men)通过(guò)射电望远镜(jìng)测量了距离(lí)星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的(de)旋(xuán)转速度并不符合(hé)牛(niú)顿的力(lì)学定律。我们(men)的(de)太阳(yáng)系也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计(jì)算，太阳(yáng)系的运(yùn)行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河系(xì)旋转，这个实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生(shēng)以上(shàng)这种向心加速度的(de)原因很可能就是存(cún)在着一(yī)种我们(men)看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在(zài)了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学(xué)家根据星系(xì)外恒星轨道的(de)速度(dù)，估算在星系当中(zhōng)暗物质(zhì)的质(zhì)量占整个星系(xì)质量的(de)85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这(zhè)个(gè)现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会(huì)出(chū)现速度上(shàng)的微小差异(yì)。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发(fā)现(xiàn)了一个反常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银河(hé)系的千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该(gāi)星系(xì)必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进(jìn)的望(wàng)远镜对其进行了(le)40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星(xīng)系(xì)中(zhōng)的恒星运动是可(kě)以用正常(cháng)的(de)物质和力学定律来(lái)解释的。那么(me)又(yòu)有人提(tí)出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大(dà)星系剥离了。奇怪(guài)的(de)是(shì)，它的附近没有任何星(xīng)系存在(zài)。造成这些现象的(de)除(chú)了(le)暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人类对引(yǐn)力(lì)的(de)理解还不够(gòu)全面，引力很可能在(zài)不(bù)同(tóng)尺度(dù)空(kōng)间中的(de)工作方(fāng)式是(shì)不(bù)同(tóng)的，这意味着在行(xíng)星系(xì)尺度中的天(tiān)体会沿着它(tā)们的(de)轨道，按照(zhào)我们(men)所理(lǐ)解的(de)方(fāng)式(shì)运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的(de)相(xiāng)互(hù)作用则是不同的方式。对于在星系团之(zhī)间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场效应的概(gài)念，指的是(shì)在(zài)数百万(wàn)光(guāng)年的(de)规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生(shēng)对(duì)彼此(cǐ)特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们(men)需要(yào)对现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据(jù)是蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解释的(de)“引力(lì)透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为37亿光年(nián)的(de)子弹星系团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部(bù)分的普通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会(huì)导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量(liàng)将(jiāng)位(wèi)于所(suǒ)有(yǒu)这(zhè)些气体所在的(de)中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不是(shì)集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们(men)可以(yǐ)明显地(dì)看(kàn)到很多星系似(shì)乎(hū)被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系(xì)本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了(le)什么问(wèn)题(tí)，而是这样极遥(yáo)远的天体(tǐ)和我们地球上的(de)观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大(dà)质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥远星系(xì)的光都(dōu)发生了扭曲。这(zhè)个(gè)现象就是引力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人(rén)们对子弹星系(xì)团观测的(de)时(shí夏洛的网作者是谁 夏洛的网主人公是谁)候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量区域并不(bù)是在中间(jiān)，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星团(tuán)发(fā)生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系团的引(yǐn)力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存在的(de)迄今为止最(zuì)好的理论证据(jù)。

除(chú)此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这(zhè)些光(guāng)在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留(liú)下了各相同性的(de)微(wēi)波辐射。其中红色的(de)部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示(shì)相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但(dàn)实际上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们(men)通(tōng)过对前景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通域提取和标记(jì)之(zhī)后发现，如果宇宙当(dāng)中没(méi)有(yǒu)暗物质，图(tú)形看起来(lái)不(bù)应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些峰(fēng)值(zhí)的幅度(dù)会(huì)减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物质大(dà)约是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了(le)一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释(shì)了很多不(bù)同的观测结(jié)果。而暗物(wù)质的本(běn)质就(jiù)是宇宙当中存(cún)在着某(mǒu)种类型的粒(lì)子，它们不(bù)参与任何(hé)其他的电磁(cí)作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子(zi)的存在，就相(xiāng)当(dāng)于(yú)找到了暗物质存(cún)在的(de)实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒(lì)子(zi)到(dào)底是什(shén)么？科学家们(men)已(yǐ)经提出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不(bù)同的目标(biāo)粒子所需要的实验方(fāng)式(shì)也不相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们(men)已经进行了(le)超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的(de)发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的地学实(shí)验室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到了某种信号(hào)。经过(guò)了20多年(nián)的(de)数据收集，人们发现(xiàn)了一个(gè)有趣的(de)事情。探测率会在每年(nián)的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月(yuè)降到(dào)最低，而且在20年当中(zhōng)每(měi)年都是一(yī)样。一些科学(xué)家认为这可能是人类发现暗(àn)物质(zhì)的第一(yī)个直(zhí)接证据。

但是(shì)为什么(me)暗物质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗(àn)物质(zhì)存在(zài)宇宙当中，这意味着我(wǒ)们(men)也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年(nián)的时间，地(dì)球围绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的(de)，而另外(wài)半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的(de)时(shí)候，地球与太(tài)阳的方向正(zhèng)好达到完全(quán)一(yī)致，这(zhè)是(shì)理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银(yín)河系的平面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不(bù)影响这个理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人(rén)员们(men)所观测(cè)到的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可能有其(qí)他的情况(kuàng)，造成这种年度(dù)周期信号的差异也可能(néng)是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意(yì)大利游客(kè)的数量也符合(hé)这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又在(zài)南半球建(jiàn)立了一(yī)个(gè)几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物(wù)质(zhì)流的(de)运(yùn)动(dòng)特征和第(dì)一个(gè)实验(yàn)室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里(lǐ)可以得到相同的信号(hào)，就(jiù)可以成为暗物质所存在(zài)的非常有力的(de)证(zhèng)据(jù)了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还无(wú)法(fǎ)提供相应的(de)数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的(de)宽视(shì)场仪器提供(gōng)的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对(duì)于(yú)探测的结(jié)果，我们只能拭目(mù)以待(dài)了。费米实验室粒(lì)子(zi)天体(tǐ)物理(lǐ)中心的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化的(de)一个重要因素。

如(rú)果这(zhè)一理论得到进(jìn)一步的证实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物质会不会(huì)意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落(luò)的行星上(shàng)，暗物(wù)质(zhì)正(zhèng)在通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前(qián)提是要先找到暗(àn)物质存(cún)在(zài)的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支持是我更新的动力！

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