宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗(àn)物(wù)质”？暗(àn)物质又究竟是什么(me)？人(rén)类为(wèi)了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在的(de)证据，科(kē)学家们在过去的几(jǐ)十年当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的(de)有效证(zhèng)据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙中天体(tǐ)运动(dòng)的规律。往后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天文学家(jiā)们(men)发现(xiàn)某(mǒu)些天(tiān)体运行(xíng)轨(guǐ)道(dào)出现异常(cháng)，不符(fú)合万有引力(lì)定律的时(shí)候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运(yùn)行轨道的(de)异常(cháng)，推算并(bìng)且(qiě)发(fā)现了海王(wáng)星的(de)存在。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的发现都(dōu)是应用(yòng)万(wàn)有引力定律所取得(dé)重大天(tiān)文(wén)成(chéng)就(jiù)的例(lì)子。但是这(zhè)些发(fā)现都是在恒星系(xì)统(tǒng)的尺度(dù)当(dāng)中(zhōng)，可(kě)当(dāng)我们(men)上(shàng)升到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量(liàng)后(hòu)发星系团的质量。这(zhè)是一个(gè)由(yóu)数千(qiān)个(gè)星系(xì)所(suǒ)组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力(lì)束缚在(zài)一起。测量星系(xì)团的质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可(kě)以确(què)定(dìng)其质量的(de)范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其(qí)"光度(dù)学的质量(liàng)"，需要的(de)数据是(shì)测量各个星(xīng)系(xì)的光(guāng)度。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量(liàng)星系团中的各(gè)个星系(xì)相对于星系团的运(yùn)动速度。当测量结果出来(lái)之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发(fā)座星(xīng)系团有(yǒu)99%的质量消失了(le)，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不(bù)以可见光的形式(shì)所存(cún)在，我们(men)无法看(kàn)到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹(zī)威基(jī)发(fā)现(xiàn)星系团中很多星系的速(sù)度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系的质量(liàng)所产生的引力是(shì)无(wú)法将它们束缚在(zài)星系团内的，它们早就应(yīng)该被(bèi)抛(pāo)出星系团之外(wài)了，除非(fēi)有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可(kě)见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾(gù)。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测(cè)仙女座星系中的恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就(jiù)会越慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎(hū)保持不变。可(kě)是根据牛(niú)顿的(de)万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律(lǜ)，在星系(xì)当中如(rú)果没有足够大的质量来吸引它们(men)，这(zhè)些外(wài)围的(de)恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了(le)。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用一种相对标(biāo)准的(de)方法来解(jiě)释暗(àn)物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量星(xīng)系当(dāng)中气体(tǐ)在(zài)X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力(lì)量进入(rù)其中。

于(yú)是科(kē)学家们通过(guò)射(shè)电望远镜测量(liàng)了距离(lí)星系中心更远(yuǎn)距离的氢(qīng)元(yuán)素(sù)，发现(xiàn)它(tā)们的旋转速度并(bìng)不符合牛(niú)顿的力学定律。我们(men)的太(tài)阳系(xì)也不例外(wài)，太阳系(xì)位于银河系的第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有(yǒu)引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速(sù)度应(yīng)该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系(xì)正在(zài)以220千(qiān)米/秒(miǎo)的(de)速度围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个(gè)实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加速度的原因很可(kě)能就是存在(zài)着一种我(wǒ)们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究人员开始相(xiāng)信暗物质的(de)存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在(zài)星(xīng)系当中暗(àn)物质的(de)质(zhì)量占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物(wù)质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学(xué)家们发(fā)现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差(chà)异。另外(wài)，天文学家还(hái)发(fā)现了(le)一个(gè)反(fǎn)常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量却(què)只有银(yín)河系(xì)的(de)千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该星系(xì)必须(xū)存在(zài)暗物(wù)质，否则(zé)就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用正常的物质(zhì)和(hé)力学定(dìng)律来(lái)解释的。那(nà)么又有人提(tí)出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另(lìng)一(yī)个大(dà)星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系(xì)存在。造成这些现象的(de)除了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就是人类(lèi)对(duì)引(yǐn)力的(de)理解还(hái)不(bù)够全(quán)面，引(yǐn)力(lì)很可能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式(shì)是(shì)不(bù)同的，这(zhè)意味(wèi)着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨(guǐ)道(dào)，按照(zhào)我们所理解(jiě)的(de)方式运动。但(dàn)是(shì)上升到(dào)星(xīng)系和星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之(zhī)间的相(xiāng)互作用则是不同的(de)方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科(kē)学家还引入了外部(bù)场效(xiào)应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规模(mó)上(shàng)，巨大(dà)的(de)质量之间(jiān)会(huì)产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要(yào)对现在的(de)物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说(shuō)理(lǐ)论(lùn)就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其他(tā)的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没(méi)法(fǎ)解释的(de)“引力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离(lí)为37亿光年的子(zi)弹星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这(zhè)样的星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在(zài)星系的(de)气体(tǐ)当(dāng)中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气(qì)体的相(xiāng)互作(zuò)用就会(huì)导致(zhì)温度的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论上，在碰撞之后语言凝练和凝炼的区别，凝练和凝炼的区别是什么，子弹星系(xì)团大部分(fēn)的质量(liàng)将位于所(suǒ)有这些气(qì)体所在的中间区域(yù)。那么我们通过什么(me)来验(yàn)证它(tā)的质(zhì)量区域(yù)到(dào)底是(shì)不是集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我们(men)地球上(shàng)的观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨(jù)大的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的东(dōng)西的引(yǐn)力(lì)，会使身(shēn)后更遥(yáo)远星系的(de)光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象就(jiù)是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨(jù)大(dà)的天体可(kě)能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子弹星(xīng)系团观测的(de)时候，发现它的大(dà)质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到的质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这(zhè)个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团的引力(lì)透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见(jiàn)光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些(xiē)光在(zài)宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上(shàng)留下(xià)了各(gè)相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家(jiā)们通过(guò)对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取和标记(jì)之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会(huì)减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射(shè)的(de)测量值，我们需要的暗(àn)物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当(dāng)中(zhōng)恒星运(yùn)动(dòng)所(suǒ)需(xū)要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理(lǐ)论(lùn)框(kuāng)架(jià)，就(jiù)很好地解释(shì)了很多不同的观(guān)测结(jié)果。而(ér)暗(àn)物(wù)质的(de)本质就(jiù)是宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中存在着(zhe)某种类(lèi)型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力来相互作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存(cún)在的实际(jì)证据。这种粒子到底(dǐ)是什么(me)？科学家们已经提出了数十种的(de)假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻(xún)找这些(xiē)不同的(de)目(mù)标(biāo)粒子(zi)所需(xū)要的实验(yàn)方式也不(bù)相同(tóng)。在(zài)过去(qù)的(de)几十年当中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎(hū)不会与常规物(wù)质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行(xíng)了超过50次的实验，却没(méi)有任(rèn)何实质性的发现，除了(le)一(yī)个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质粒子的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测到(dào)了某种信号(hào)。经过了20多年的数(shù)据收集，人(rén)们发(fā)现了(le)一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在(zài)20年(nián)当(dāng)中每(měi)年都是一样。一(yī)些科学(xué)家认为这可能是人类发(fā)现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但(dàn)是为什(shén)么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着银河系进(jìn)行移(yí)动(dòng)，那(nà)么(me)如果暗(àn)物(wù)质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着我们也(yě)在以这(zhè)样(yàng)的速度在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的(de)时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳(yáng)环(huán)绕银河系的(de)方(fāng)向是一致的，而另外半年则(zé)与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到(dào)完(wán)全一(yī)致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达(dá)到(dào)了(le)最慢(màn)值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这(zhè)并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学(xué)家认为这可(kě)以用(yòng)来解(jiě)释，研究人员们(men)所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也(yě)可(kě)能有其他(tā)的情况，造成(chéng)这种年度周期信号(hào)的(de)差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家(jiā)们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的(de)季(jì)节(jié)与之(zhī)前的实验(yàn)室正(zhèng)好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流(liú)的运动(dòng)特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所存在的非常(cháng)有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是由于(yú)这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法提(tí)供相应的(de)数据(jù)支(zhī)持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会语言凝练和凝炼的区别，凝练和凝炼的区别是什么发射一台新的望远镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供的(de)视野(yě)是(shì)哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的(de)用途(tú)就是探索暗(àn)物质背后的(de)奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理中心(xīn)的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极(jí)有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会(huì)支(zhī)持宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者说是生命进(jìn)化(huà)的一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的(de)暗物质(zhì)会不会意(yì)味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正在(zài)通过(guò)这样(yàng)的效(xiào)应(yīng)创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先(xiān)找到暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们(men)觉(jué)得暗物质(zhì)到底存不(bù)存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的(de)支持是我更新的动力！

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