宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是什么？人类为(wèi)了寻(xún)找暗物质存(cún)在的证据，科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)在(zài)过去(qù)的几十(shí)年当中进行了超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任(rèn)何(hé)的有效证据(jù)。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的(de)几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有引力定律的(de)时(shí)候，他(tā)们就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发(fā)现了(le)海王星的(de)存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是(shì)这(zhè)些(xiē)发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是(shì)星团的(de)尺(chǐ)度，事情就(jiù)开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究(jiū)和测(cè)量后(hòu)发星系(xì)团的质(zhì)量。这是(shì)一个(gè)由数千个星系(xì)所(suǒ)组成的巨大(dà)星(xīng)系团(tuán)，这些(xiē)星系被引力束缚(fù)在一起。测(cè)量(liàng)星系团的(de)质量(liàng)一般会使用到(dào)两种方法，当两种方法(fǎ)结果一(yī)致，就可(kě)以确(què)定其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一(yī)种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数(shù)据(jù)是(shì)测量各个星(xīng)系的(de)光度。

第(dì)二种是(shì)动(dòng)力(lì)学(xué)质量的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团(tuán)中的各个星系相对于(yú)星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是(shì)“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的(de)质量并不以可(kě)见光的形(xíng)式所存(cún)在，我(wǒ)们无法看到(dào)。最诡(guǐ)异的是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法(fǎ)将(jiāng)它们(men)束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛(pāo)出(chū)星系团(tuán)之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在(zài)起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹(zī)维基提出了这样部分(fēn)不可(kě)见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的(de)人们对这样的(de)一种(zhǒng)说法不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这个词(cí)才再一(yī)次(cì)出(chū)现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上(shàng)来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却让(ràng)人感到不可(kě)思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度几乎(hū)保持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在(zài)星系当中如(rú)果没有足够大(dà)的(de)质量(liàng)来吸(xī)引它(tā)们，这(zhè)些外(wài)围的(de)恒(héng)星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学(xué)家们会使用一(yī)种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星系(xì)当中气体在X轴上(shàng)距离星(xīng)系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质(zhì)的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜测量了(le)距(jù)离星系(xì)中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的旋转速(sù)度并不符(fú)合牛顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于(yú)银河系(xì)的第(dì)三悬(xuán)臂(bì)之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河(hé)系(xì)旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论(lùn)速(sù)度，那么产生以上这种向心加速度的原(yuán)因(yīn)很(hěn)可(kě)能就(jiù)是存在着一种我们(men)看不到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的(de)存在。科学家根据星系外(wài)恒(héng)星轨道的速度，估算(suàn)在星系当(dāng)中暗物(wù)质的质(zhì)量占整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个(gè)现象的(de)原(yuán)因。在一项新的(de)研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当中存在的(de)恒星数量却只(zhǐ)有银河系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该星(xīng)系(xì)必须存在(zài)暗物质，否则(zé)就会(huì)分崩离(lí)析。但是(shì)科学家们使用最先进的(de)望远镜对其进行了40个小时的(de)详(xiáng)细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常(cháng)的物质和(hé)力(lì)学定律来解释(shì)的。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也(yě)许(xǔ)该星(xīng)系的(de)暗物质(zhì)，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是(shì)，它(tā)的(de)附近没有任(rèn)何(hé)星系存在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除了(le)暗(àn)物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引力(lì)的理解(jiě)还不(bù)够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星系(xì)尺度中的天(tiān)体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是(shì)上升(shēng)到星(xīng)系和星团的尺度，引力(lì)之间的(de)相互作用则是不同(tóng)的(de)方式。对于(yú)在星系团(tuán)之间的相(xiāng)互作用(yòng)，科学(xué)家还引(yǐn)入(rù)了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光年(nián)的规(guī)模上(shàng)，巨大(dà)的(de)质(zhì)量之(zhī)间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需(xū)要对(duì)现(xiàn)在的物理定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些发现也让很多(duō)人(rén)认为暗物质假说理论(lùn)就此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中还有关于暗物质存(cún)在的其他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年的子(zi)弹星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在(zài)星系的(de)气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星(xīng)际气体(tǐ)的相(xiāng)互作(zuò)用就(jiù)会导致温度(dù)的急(jí)剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹星(xīng)系团大(dà)部(bù)分的质量将位于所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那(nà)么我们(men)通过什么来验(yàn)证它的质量(liàng)区域到底(dǐ)是(shì)不是集中(zhōng)在(zài)中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在(zài)照(zhào)片中我们可以明显地看到(dào)很多星系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形(xíng)变。其实这些星系(xì)本身(shēn)并不是真的被扭(niǔ)曲了(le)，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了什么问题(tí)，而是这(zhè)样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观测(cè)者之间。被一(yī)个质量超级巨(jù)大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会使身(shēn)后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的天体可能(néng)是(shì)超(chāo)大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物(wù)质。

所以当人们(men)对子弹星(xīng)系团观(guān)测(cè)的(de)时(shí)候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是(shì)在两侧(cè)。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时(shí)，可被(bèi)观测到的质(zhì)量(liàng)气(qì)体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并在(zài)两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好(hǎo)的(de)理论(lùn)证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后，这(zhè)些光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留(liú)下了各(gè)相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的(de)温差只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前(qián)景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域(yù)提取和(hé)标(biāo)记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量值(zhí)，我(wǒ)们需要的(de)暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物(wù)质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中存(cún)在着(zhe)某(mǒu)种类型的粒(lì)子，它们不(bù)参(cān)与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引力来(lái)相互作(zuò)用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这种粒子的(de)存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存(cún)在(zài)的(de)实(shí)际(jì)证据(jù)。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什(shén)么？科学(xué)家们已经(jīng)提出(chū)了数十种的假想目标(biāo)，而(ér)要寻找这些不同的目标(biāo)粒(lì)子(zi)所需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中，人类(lèi)为了(le)寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎(hū)不会与(yǔ)常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的实验，却没有任何实(shí)质性(xìng)的(de)发现，除了一个(gè)地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的(de)地下矿井当中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的地学(xué)实验室，这(zhè)个古巴对中国人友好吗，古巴为什么对中国人这么好实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗(àn)物质(zhì)粒(lì)子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科(kē)学家声(shēng)称观(guān)测到了某种信号。经过了(le)20多年的数据收(shōu)集，人们发现了(le)一个(gè)有(yǒu)趣的事情。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(dī)，而且在20年当中每(měi)年(nián)都是一(yī)样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发(fā)现(xiàn)暗(àn)物质的第一(yī)个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期(qī)性的(de)年度信(xìn)号(hào)呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)着银河系进行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的(de)速度在穿越着暗(àn)物质(zhì)流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时(shí)间(jiān)，地球围(wéi)绕(rào)太(tài)阳的方向(xiàng)与太(tài)阳(yáng)环(huán)绕银河系的(de)方向是一致的，而另外(wài)半年则与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是理论上(shàng)地(dì)球穿越暗物(wù)质流最快(kuài)的(de)时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家(jiā)认为(wèi)这可以用来(lái)解释，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号。当(dāng)然也可能(néng)有其他(tā)的情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度(dù)周期信(xìn)号的差异(yì)也(yě)可(kě)能是(shì)温(wēn)度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中(zhōng)的(de)水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的数量也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同(tóng)的(de)实验室(shì)，这里的季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是(shì)一(yī)样的(de)。

因此，如果在(zài)这(zhè)里(lǐ)可以得到相同(tóng)的信(xìn)号，就可以成为暗(àn)物质所存在(zài)的(de)非常(cháng)有力(lì)的证据(jù)了。但是由(yóu)于(yú)这个实验(yàn)室(shì古巴对中国人友好吗，古巴为什么对中国人这么好)刚刚建成不久，所以截至目(mù)前(qián)还无法提供(gōng)相应的数据支持。另(lìng)外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台(tái)新的望远镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪器(qì)提(tí)供的(de)视野是哈(hā)勃(bó)红(hóng)外仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望远镜其中一(yī)个(gè)关键的(de)用途(tú)就是(shì)探(tàn)索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目(mù)以待了(le)。费米实验室粒(lì)子天体物理中(zhōng)心的科(kē)学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗(àn)物(wù)质存在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥(yōng)有另一种神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗物(wù)质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一(yī)个重要因(yīn)素。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到进一(yī)步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味(wèi)着人类并不(bù)孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上，暗(àn)物质正在(zài)通过这样的效应创(chuàng)造生命。当(dāng)然(rán)，这些(xiē)推论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据(jù)。那(nà)么(me)小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得暗(àn)物质(zhì)到底存不存(cún)在呢？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的支持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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