宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过(guò)去(qù)的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的(de)自(zì)然哲(zhé)学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了(le)万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天文学家们(men)发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有(yǒu)未(wèi)知(zhī)的天体(tǐ)通过引力在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星(xīng)运行轨道的异(yì)常，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星(xīng)的(de)发现都是应用万有引力定律所取得重大(dà)天文成(chéng)就(jiù)的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升(shēng)到(dào)星(xīng)系或者(zhě)是星团的(de)尺度(dù)，事(shì)情就(jiù)开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和(hé)测量后(hòu)发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是一个(gè)由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系(xì)团(tuán)的质量一(yī)般会(huì)使用到两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法结(jié)果一致，就可以确定(dìng)其质(zhì)量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各个星(xīng)系(xì)的(de)光度。

第(dì)二种是动力(lì)学质量的计算，是利用光(guāng)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。当测量结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的(de)形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系(xì)的速度(dù)比理论上(shàng)要快(kuài)得(dé)多，按(àn)照(zhào)牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星(xīng)系的质量(liàng)所产生的引力是无法将它们(men)束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它们早就(jiù)应该被抛出星(xīng)系团之外(wài)了(le)，除(chú)非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们(men)对这样(yàng)的(de)一(yī)种说法不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词才(cái)再(zài)一次出现。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特(tè)福特在观测仙女座星系中的(de)恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒星(xīng)在其轨道上(shàng)的运行速度就会(huì)越(yuè)慢。但是他(tā)们观测的结果却(què)让(ràng)人感到不(bù)可思议。

随(suí)着(zhe)与(yǔ)中(zhōng)心距离(lí)的(de)增加，恒星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星系(xì)当中如(rú)果没有足够大的质(zhì)量来吸引它(tā)们(men)，这(zhè)些(xiē)外(wài)围的(de)恒星(xīng)早就(jiù)被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了(le)。基(jī)于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一(yī)种相(xiāng)对标准的方法来解释暗物(wù)质的(de)存在，这种方法就是测(cè)量星系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上距离(lí)星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离(lí)的氢元素，发(fā)现它们的(de)旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系(xì)位于银河(hé)系(xì)的第三悬臂之上，距离(lí)银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有引力(lì)定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速(sù)度应该是(shì)160千米/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳(yáng)系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远远大于(yú)理论速(sù)度(dù)，那么产(chǎn)生(shēng)以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速(sù)度(dù)的原因很可(kě)能就是存在着一(yī)种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集(jí)在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算(suàn)在星系(xì)当中暗物(wù)质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不(bù)是(shì)唯一可以解释这个现象的原因。在(zài)一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎(hū)没有引力效(xiào)应(yīng)的(de)遥远恒(héng)星之间，也会出现(xiàn)速(sù)度上的微小差异。另(lìng)外，天文学(xué)家(jiā)还(hái)发现了一(yī)个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家们(men)使用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系(xì)中的恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用正(zhèng)常的物质(zhì)和力学(xué)定(dìng)律来解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物(wù)质，已经被附(fù)近的另(lìng)一个(gè)大(dà)星(xīng)系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近(jìn)没有任何星(xīng)系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解(jiě)还(hái)不(bù)够全面，引(yǐn)力很可(kě)能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这(zhè)意味(wèi)着在行星系尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿(yán)着(zhe)它们(men)的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理解的方式运动(dòng)。但是(shì)上(shàng)升(shēng)到星系和星团的尺度，引力(lì)之间(jiān)的(de)相互作(zuò)用则是(shì)不同的方(fāng)式。对于在星系(xì)团之(zhī)间的(de)相互(hù)作用，科学家还(hái)引入了外(wài)部场效应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发(fā)现也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在的其他的(de)理论证据，这些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离(lí)为(wèi)37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们大(dà)部(bù)分(fēn)的普(pǔ)通质量都在星系的气体(tǐ)当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹星系(xì)团大部(bù)分的质(zhì)量将位于所有这些气(qì)体所(suǒ)在的中间区(qū)域。那(nà)么我们(men)通过什(shén)么来验(yàn)证它的质量区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中第(dì)一(yī)张全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照片中我们可以明(míng)显地看(kàn)到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些(xiē)星系本身并(bìng)不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了(le)什(shén)么(me)问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们(men)地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这(zhè)个(gè)现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们(men)对(duì)子弹星(xīng)系团(tuán)观测的(de)时候，发(fā)现它的大质量(liàng王宝强身价多少亿，马蓉分了王宝强多少家产)区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测(cè)到的(de)质量气体被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗物(wù)质(zhì)则直接通(tōng)过(guò)了(le)这个区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的引力(lì)透镜研究(jiū)也被认(rèn)为(wèi)是(shì)暗物质(zhì)存在(zài)的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光(guāng)。从(cóng)宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于(yú)可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间(jiān)背(bèi)景(jǐng)上留(liú)下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的(de)部分表示温(wēn)度较高的(de)区域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的(de)区域，但实际(jì)上它们之间的温差(chà)只有万分之(zhī)一。

科学家们通过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，如果宇宙当(dāng)中没有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来(lái)不(bù)应该是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值(zhí)的(de)幅度会(huì)减小，才变得看(kàn)起来(lái)“和(hé)谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释星(xīng)系当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是(shì)一(yī)致的(de)。这就意(yì)味着。

用了(le)一个简单的理论框架，就很好地解释了(le)很(hěn)多不同的观测(cè)结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某种类型(xíng)的粒子(zi)，它们(men)不(bù)参与任(rèn)何其他的电磁作(zuò)用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是什(shén)么？科学(xué)家们已经提出了数十(shí)种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标(biāo)粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会(huì)与常规物质相互作(zuò)用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一(yī)个地(dì)方，意(yì)大(dà)利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地(dì)球(qiú)上最(zuì)大的地学实验室(shì)，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层(céng)楼高的(de)探测(cè)器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测(cè)到了某(mǒu)种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发(fā)现(xiàn)了(le)一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年(nián)都是(shì)一样。一些科学家认为这可(kě)能(néng)是人类发现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但(dàn)是(shì)为什么暗物(wù)质会产生周(zhōu)期性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚才我们(men)讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系(xì)进行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生(shēng)相(xiāng)应(yīng)的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的方向与(yǔ)太(tài)阳(yáng)环绕银河系的方向是(shì)一致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在(zài)6月(yuè)份的(de)时候，地球与太阳的(de)方向(xiàng)正好(hǎo)达(dá)到(dào)完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而(ér)在(zài)11月份，又恰(qià)好达(dá)到(dào)了(le)最慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系(xì)相对银河系的(de)平(píng)面呈(chéng)现了(le)60度的倾斜，但是(shì)这(zhè)并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这(zhè)可以用来解释，研(yán)究人员们所观测到(dào)的周期(qī)性(xìng)信号(hào)。当然也可(kě)能(né王宝强身价多少亿，马蓉分了王宝强多少家产ng)有(yǒu)其(qí)他的(de)情况，造成(chéng)这种年度周期(qī)信号的(de)差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大(dà)利游客的数量也符合这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室(shì)正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第(dì)一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在(zài)这里可以得到(dào)相同的信号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质(zhì)所(suǒ)存在的非常有(yǒu)力的证据(jù)了。但是由(yóu)于(yú)这个实验室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截至目前还(hái)无(wú)法(fǎ)提(tí)供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的(de)视野是哈勃红(hóng)外(wài)仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望远镜其(qí)中一(yī)个关键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对于(yú)探测(cè)的结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体物理中心的(de)科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物(wù)质存在，它们极(jí)有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生命进化的(de)一(yī)个重要因(yīn)素。

如(rú)果这一(yī)理论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样(yàng)的(de)效应创(chuàng)造生命。当然，这(zhè)些(xiē)推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你们(men)觉得暗(àn)物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新的动力(lì)！

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