宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解释(shì)的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据(jù)，科(kē)学家们在过(guò)去的几(jǐ)十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实(shí)验，但是却(què)没(méi)有发现任何的有效证据。除了一个(gè)地(dì)方，在1687年(nián)出版的自然(rán)哲学(xué)数学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了(le)万有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了(le)宇宙中天体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当(dāng)天文学家(jiā)们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的发现都是(shì)应用万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)所取得重大天文成就的例子(zi)。但是这些发现都(dōu)是在恒星系(xì)统的尺度当中，可(kě)当我们(men)上升到星系或者是(shì)星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究和(hé)测量后(hòu)发(fā)星(xīng)系(xì)团(tuán)的质量。这是一个(gè)由数千个星(xīng)系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使(shǐ)用到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定其质量的(de)范(fàn)围。

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

第二种是动力学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速(sù)度。当测(cè)量结果出来(lái)之后(hòu)，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学质(zhì)量”的(de)400倍(bèi)。这意(yì)味着(zhe)，后(hòu)发座星系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失(shī)了，或者说这99%的(de)质量并不以可(kě)见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星(xīng)系的(de)速度比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系的(de)质量所产生的引力(lì)是无法将它(tā)们束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它们(men)早就应该被抛出星系(xì)团之外了，除(chú)非(fēi)有一种神秘的(de)力量(liàng)在起作(zuò)用，这(zhè)种力量(liàng)来(lái)源于(yú)某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提(tí)出(chū)了(le)这样部分不可(kě)见的暗质(zhì)，它(tā)不发散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的(de)质量(liàng)。只是当时(shí)的人们对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再一次出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在(zài)观测(cè)仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道(dào)上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让(ràng)人(rén)感到(dào)不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不(bù)变。可是根据(jù)牛(niú)顿的(de)万有引(yǐn)力定律，在星系当(dāng)中如果没(méi)有足(zú)够大的质量来吸(xī)引它(tā)们，这些(xiē)外(wài)围的(de)恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当(dāng)中了(le)。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科学家们会(huì)使(shǐ)用一种相(xiāng)对(duì)标(biāo)准的(de)方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量星(xīng)系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星(xīng)系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转速(sù)度。如果出(chū)现(xiàn)异常的结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们(men)的太(tài)阳系(xì)也不例(lì)外，太阳系位于银(yín)河系的第(dì)三悬臂(bì)之上(shàng)，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心蟑螂爬过的地方有细菌吗 蟑螂可以彻底消灭吗加(jiā)速度的原因很可能(néng)就(jiù)是存在着一(yī)种我们看不到(dào)的物质，是这些暗物(wù)质的引力效(xiào)应将(jiāng)星系(xì)聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究(jiū)人员开(kāi)始相信(xìn)暗(àn)物质(zhì)的存在(zài)。科学家(jiā)根(gēn)据星系外恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算(suàn)在(zài)星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个(gè)现象(xiàng)的原因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们(men)发现(xiàn)，几乎(hū)没有引(yǐn)力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度上的(de)微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系(xì)当(dāng)中存在的恒(héng)星数(shù)量却只有银(yín)河系的(de)千分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离(lí)析。但是科学(xué)家们使用最(zuì)先(xiān)进的(de)望远镜对(duì)其进行了40个小时的(de)详细测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可以用正常的(de)物质和力学定律(lǜ)来(lái)解释的。那(nà)么又有人提出(chū)，也(yě)许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的(de)另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附(fù)近(jìn)没有任何星(xīng)系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一(yī)种可能就是人类对(duì)引力(lì)的理解(jiě)还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间(jiān)中的工作方式是不(bù)同的，这意(yì)味着在行(xíng)星系(xì)尺度(dù)中的天(tiān)体会(huì)沿着(zhe)它们(men)的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到(dào)星系和星团的尺(chǐ)度(dù)，引力之间的相互作(zuò)用(yòng)则(zé)是不(bù)同的方(fāng)式。对于(yú)在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外部场效应(yīng)的(de)概念，指的(de)是在(zài)数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之(zhī)间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这意味着我们(men)需要对现在的(de)物理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也让很(hěn)多人认为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就(jiù)此终结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论证据(jù)是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成(chéng)，类似(shì)这样的(de)星团，它(tā)们(men)大部分的普通质量(liàng)都在星系的气(qì)体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气(qì)体的(de)相互作用就会导致温度的(de)急剧升高，速度(dù)大(dà)幅降低。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将(jiāng)位(wèi)于所有这些(xiē)气体所在(zài)的中间区域。那(nà)么我们通过(guò)什么来验证它(tā)的质量区域到底是(shì)不是(shì)集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回(huí)了宇宙当中第(dì)一张全彩的高(gāo)清照片(piàn)，在照片中(zhōng)我(wǒ)们(men)可(kě)以明显(xiǎn)地(dì)看到(dào)很(hěn)多星系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形变。其实这些星系(xì)本身并不是(shì)真的(de)被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出了(le)什(shén)么问(wèn)题，而是这(zhè)样极(jí)遥远的(de)天(tiān)体(tǐ)和我们地球(qiú)上的(de)观测者之间。被(bèi)一个质(zhì)量(liàng)超级巨大(dà)的(de)天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东(dōng)西(xī)的引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就(jiù)是(shì)引力透镜效应。这(zhè)个(gè)巨大的天体(tǐ)可能是(shì)超大(dà)质量的黑洞或者是暗物(wù)质(zhì)。

所以(yǐ)当人(rén)们对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它的(de)大质量(liàng)区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方(fāng)法就是当星团(tuán)发(fā)生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被卡在(zài)了中间(jiān)，暗物质则直接(jiē)通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的(de)理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分(fēn)表示(shì)温(wēn)度较高(gāo)的区(qū)域(yù)，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对(duì)较冷的区域，但(dàn)实际上它们(men)之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背景分离后(hòu)的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图(tú)形(xíng)看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会(huì)减小，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐射(shè)的测(cè)量值，我们需要的暗物质(zhì)大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就(jiù)很(hěn)好(hǎo)地解释了(le)很多不(bù)同的观测结(jié)果。而暗物质(zhì)的本(běn)质就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们(men)不(bù)参与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种粒子(zi)的(de)存(cún)在，就(jiù)相(xiāng)当于(yú)找(zhǎo)到了暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学(xué)家(jiā)们已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的假想目(mù)标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目标粒(lì)子所需要的(de)实验方式也(yě)不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已经进行了(le)超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的(de)地学实验室(shì)，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的(de)探测器，一直致力于(yú)寻找暗(àn)物质粒子(zi)的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观(guān)测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多年(nián)的数据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然(rán)后在11月降到(dào)最低，而且(qiě)在20年(nián)当中每年都(dōu)是(shì)一样。一些(xiē)科学家认为这可(kě)能是人类发现(xiàn)暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动(dòng)，那么(me)如果暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个(gè)过程中会产生相应的(de)振荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时间(jiān)，地球围绕太阳的(de)方(fāng)向(xiàng)与(yǔ)太(tài)阳环绕银(yín)河系(xì)的方(fāng)向是一致的，而(ér)另外半(bàn)年(nián)则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全(quán)一致，这(zhè)是理(lǐ)论上(shàng)地球(qiú)穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的(de)情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研(yán)究人员(yuán)们(men)所观测到的周期(qī)性信号。当然(rán)也可能有其他的情况，造成这种年度(dù)周期信号的差异也(yě)可能是温(wēn)度、湿(shī)度(dù)、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客的数量也符合这个(gè)周(zhōu)期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的(de)实(shí)验室，这里的季节与(yǔ)之前(qián)的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动特征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以(yǐ)得到相同(tóng)的信号，就可(kě)以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力(lì)的证(zhèng)据了。但是(shì)由于(yú)这个实验(yàn)室刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截至目前还(hái)无法提(tí)供相(xiāng)应的(de)数据支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台(tái)太空望(wàng)远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了(le)。费米实验(yàn)室粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存(cún)在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗(àn)物质效应(yīng)，会支持宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的(de)诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重要因(yīn)素(sù)。

如(rú)果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物质会不(bù)会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或(huò)许在(zài)宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的行星上，暗(àn)物质正在通(tōng)过(guò)这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是要(yào)先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存(cún)在(zài)呢？喜欢(huān)请(qǐng)点(diǎn)赞，你(nǐ)的支(zhī)持是(shì)我更新(xīn)的动力(lì)！

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