宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无(wú)法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家(jiā)们(men)在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)进(jìn)行(xíng)了超(chāo)过50次的长(zhǎng)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年出版的(de)自然哲学数学(xué)原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们发(fā)现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就(jiù)会(huì)知(zhī)道(dào)，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天(tiān)王星运(yùn)行轨道的异(yì)常，推算并(bìng)且发现了海王(wáng)星(xīng)的(de)存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应(yīng)用万(wàn)有引力定律(lǜ)所取得(dé)重大(dà)天文成(chéng)就的例(lì)子。但是这些发现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨(cí)兹威基正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这(zhè)是一个由数千个(gè)星系所组成(chéng)的巨(jù)大(dà)星系(xì)团，这些星系(xì)被引力束(shù)缚(fù)在一起。测量星系(xì)团的质量一般会(huì)使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一(yī)致，就(jiù)可以确(què)定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质(zhì)量"，需要(yào)的数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是(shì)动力(lì)学质量(liàng)的计算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移(yí)测量星系团(tuán)中的(de)各个星(xīng)系相(xiāng)对于星系团的(de)运动速度。当测(cè)量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以(yǐ)可(kě)见光(guāng)的形式所(suǒ)存在(zài)，我们无法看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的(de)速度比理论上要快得多(duō)，按照牛(niú)顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生(shēng)的引力是无法将它们(men)束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出(chū)星系团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分(fēn)不(bù)可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝(jué)大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词才再一次出(chū)现。天文(wén)学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特(tè)在观(guān)测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上(shàng)的运(yùn)行速(sù)度就会(huì)越(yuè)慢。但是(shì)他们(men)观测的结果却让人感(gǎn)到(dào)不可思议。

随着与中心距(jù)离的(de)增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没(méi)有(yǒu)足(zú)够(gòu)大的质量来吸引它(tā)们，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相(xiāng)对(duì)标准的方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是(shì)测(cè)量星(xīng)系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速度。如果出(chū)现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认为(wèi)是由暗物(wù)质(zhì)的力量进入其(qí)中。

于是科学家(jiā)们(men)通过射电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银(yín)河系的第三悬臂(bì)之(zhī)上(shàng)，距(jù)离(lí)银河系中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河(hé)系旋(xuán)转，这个实际(jì)速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速(sù)度(dù)的原(yuán)因很可(kě)能就是存在着一种我们看不到的(de)物质，是这些暗物(wù)质的引力效(xiào)应将星系聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的(de)研(yán)究人(rén)员开始相信暗(àn)物质的存(cún)在(zài)。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的(de)速度，估(gū)算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并(bìng)不是唯一可以解释这个现象的(de)原因。在(zài)一项新的(de)研究当中(zhōng)，科学家们发现(xiàn)，几乎(hū)没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速(sù)度(dù)上(shàng)的微(wēi)小差异。另(lìng)外(wài)，天文学(xué)家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银(yín)河(hé)系不多，但是星系当中存在的(de)恒(héng)星数量却只有银河(hé)系的千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理论(lùn)上，该(gāi)星系必(bì)须存(cún)在暗(àn)物(wù)质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星(xīng)系中的(de)恒星运动是可以(yǐ)用正常(cháng)的物质和力学定律来解释的(de)。那(nà)么又(yòu)有人提出，也许该(gāi)星系的暗物(wù)质，已经被附近(jìn)的另一个(gè)大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造(zào)成这些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能(néng)就(jiù)是人类(lèi)对引(yǐn)力的理解还(hái)不够(gòu)全面，引力(lì)很可能在(zài)不同尺度(dù)空间中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按(àn)照我们(men)所理(lǐ)解的方式运动。但是上升(shēng)到星(xīng)系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互(hù)作用则是(shì)不(bù)同的方式(shì)。对于在星(xīng)系团(tuán)之(zhī)间的相互作用，科学(xué)家还引入了外(wài)部(bù)场效(xiào)应(yīng)的概念，指(zhǐ)的(de)是在数百万光(guāng)年的规(guī)模上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间会产生(shēng)对彼此特殊的效(xiào)果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这(zhè)意味着我们需要(yào)对(duì)现在的物理定律进(jìn)行(xíng)修(xiū)正，这些发现也(yě)让很多人认为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关(guān)于暗(àn)物(wù)质存在的其(qí)他的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德(dé)理论所没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年(nián)的子(zi)弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的(de)星系团所(suǒ)组成，类似(shì)这(zhè)样的(de)星团，它们(men)大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气(qì)体当中(zhōng)。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际(jì)气体的相(xiāng)互(hù)作用就会导致(zhì)温(wēn)度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有(yǒu)这些气体所在(zài)的中间区域。那(nà)么我们(men)通(tōng)过什(shén)么来验证它的质量区域到(dào)底是不(bù)是集(jí)中在中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中我们可以明(míng)显(xiǎn)地看到很多星(xīng)系似乎(hū)被(bèi)拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的形(xíng)变(biàn)。其实(shí)这些星系(xì)本(běn)身并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦伯望远镜出(chū)了什(shén)么问题，而是(shì)这样(yàng)极遥远(yuǎn)的(de)天体(tǐ)和我们(men)地球上的观测者(zhě)之(zhī)间。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西(xī)的引力(lì)，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透(tòu)镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大(dà)的(de)天体可(kě)能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物2尺1腰围是多少厘米，2尺腰围是多少厘米质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的(de)大质(zhì)量区域并不是(shì)在中间(jiān)，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方(fāng)法就是当(dāng)星(xīng)团发生全部的碰撞时，可(kě)被观(guān)测到的质量(liàng)气体被卡在了(le)中间，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并在两边形成了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系团的(de)引力(lì)透镜(jìng)研究也被认(rèn)为(wèi)是暗(àn)物质存(cún)在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来(lái)自宇宙当(dāng)中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了(le)。经(jīng)过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间(jiān)背景上留下了各相同(tóng)性的(de)微波辐射。其(qí)中红色的部(bù)分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对(duì)较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间(jiān)的温差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学(xué)家们通过对前景背景分(fēn)离后的(de)二值图像(xiàng)进(jìn)行连通域提取(qǔ)和标记之后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没(méi)有暗物质，图(tú)形(xíng)看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐(fú)射的测量值，我们需(xū)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(xīng)运动所(suǒ)需要(yào)的暗(àn)物质比例是一致(zhì)的。这就意味着(zhe)。

用了(le)一(yī)个简单(dān)的(de)理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的(de)观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的(de)本(běn)质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子(zi)的存(cún)在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已(yǐ)经提出(chū)了数十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的(de)实验方式也(yě)不相同。在(zài)过(guò)去的(de)几十(shí)年(nián)当(dāng)中，人类为(wèi)了(le)寻找这些看不见、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与常规物(wù)质(zhì)相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次(cì)的(de)实验，却没有(yǒu)任何实质性的(de)发现，除(chú)了一个地方，意(yì)大利(lì)的格兰(lán)萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米处的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼高的(de)探测器，一直(zhí)致力(lì)于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测(cè)到了(le)某种信号。经(jīng)过了(le)20多年的数据收(shōu)集，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测率会在(zài)每(měi)年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科(kē)学家认为这可能(néng)是人类(lèi)发现暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太(tài)阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移动(dòng)，那么(me)如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在(zài)以这样的速度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这个(gè)过(guò)程中会产生相应(yīng)的(de)振(zhèn)荡，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度(dù)围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的(de)方向与太阳环绕(rào)银(yín)河(hé)系的方向是一致的，而(ér)另外半年则与(yǔ)之相(xiāng)反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的(de)方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太(tài)阳系(xì)相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是(shì)这并(bìng)不(bù)影响(xiǎng)这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认为这可以(yǐ)用来解释，研究人(rén)员们所观(guān)测到的周期性(xìng)信号。当然也可(kě)能有其他(tā)的(de)情况，造(zào)成这种年度周期(qī)信(xìn)号的差(chà)异也可能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的(de)积(jī)雪，甚至(zhì)连意大利(lì)游客的(de)数量也(yě)符合这个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又(yòu)在(zài)南(nán)半球建立了一个(gè)几乎相(xiāng)同的(de)实(shí)验(yàn)室(shì)，这里的(de)季节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过(guò)暗物质流的(de)运动特征和(hé)第一(yī)个(gè)实(shí)验室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可(kě)以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是由于这(zhè)个实(shí)验室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截(jié)至目前还(hái)无(wú)法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发(fā)射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视(shì)场仪(yí)器(qì)提(tí)供的视野(yě)是哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键(jiàn)的(de)用(yòng)途就是(shì)探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研(yán)究发(fā)现，如果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存在(zài)，它们(men)极有(yǒu)可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是生命进化的(de)一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得(dé)到进(jìn)一(yī)步的(de)证实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会不(bù)会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物(wù)质正(zhèng)在(zài)通过(guò)这样的(de)效(xiào)应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前(qián)提是要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们(men)，你们觉得暗(àn)物质到底(dǐ)存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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