宇宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗(àn)物(wù)质(zhì)”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年(nián)当中进(jìn)行了超过50次的(de)长期实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方(fāng)，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的(de)规(guī)律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道(dào)出(chū)现异(yì)常，不符合万(wàn)有引力(lì)定律的时(shí)候(hòu)，他们就(jiù)会知(zhī)道，周围(wéi)一定有未知的天体通过引力在(zài)摄动它的(de)轨(guǐ)道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发现都是应用万(wàn)有引力定律所(suǒ)取(qǔ)得(dé)重大天文成就的例子。但是(shì)这些发现都是(shì)在(zài)恒(héng)星系(xì)统(tǒng)的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团(tuán)的(de)质量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质(zhì)量的范(fàn)围(wéi)。

第一种是获得(dé)其(qí)"光度学的质量"，需(xū)要的数据(jù)是测量各(gè)个(gè)星系(xì)的光度(dù)。

第二种是动力学(xué)质量的计算(suàn)，是利用(yòng)光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相对于星系团(tuán)的运(yùn)动速(sù)度。当(dāng)测量结果出(chū)来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然是“光度学(xué)质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后发(fā)座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以(yǐ)可见光的形式(shì)所存在，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最诡异(yì)的(de)是，在(zài)测(cè)量速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发(fā)现星系团中很多星系的速度(dù)比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚(fù)在(zài)星系(xì)团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星(xīng)系团之外(wài)了，除非有一种神(shén)秘的力量在(zài)起作用，这种力量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出了这(zhè)样部分不(bù)可见的(de)暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量(liàng)。只是(shì)当时的人们(men)对这样的(de)一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福特在(zài)观测(cè)仙(xiān)女座星(xīng)系中的(de)恒星(xīng)运(yùn)动。理论上(shàng)来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的(de)运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的(de)结果却让(ràng)人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的(de)增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系(xì)当中(zhōng)如果没有足够大的(de)质(zhì)量来吸引它们，这(zhè)些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用一种相对标准的(de)方(fāng)法来解释(shì)暗(àn)物质的(de)存在(zài)，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测(cè)量星(xīng)系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在(zài)Y轴上气体的(de)旋转速度。如果(guǒ)出(chū)现异常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科(kē)学(xué)家们通(tōng)过(guò)射(shè)电望远镜测量了距(jù)离星系(xì)中心更远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的(de)旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的(de)太(tài)阳系也(yě)不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引力(lì)定律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围绕(rào)银河系旋转，这个(gè)实(shí)际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原(yuán)因很可能就是存在着(zhe)一(yī)种我(wǒ)们看不(bù)到的(de)物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的引(yǐn)力(lì)效应(yīng)将星(xīng)系(xì)聚集在(zài)了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人(rén)员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根(gēn)据(jù)星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在(zài)星系当中暗(àn)物质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(xiàn)象的原(yuán)因(yīn)。在一项(xiàng)新的研(yán)究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效(xiào)应的(de)遥远恒星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度上的微(wēi)小差异(yì)。另外，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银(yín)河(hé)系不多，但是星(xīng)系当中存(cún)在的恒星数量却(què)只有银河系的千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该星系必(bì)须存在暗物质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析(xī)。但(dàn)是科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了(le)40个小时(shí)的详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用正(zhèng)常的物质和(hé)力学定(dìng)律来解(jiě)释的(de)。那么(me)又中国比俄罗斯强大吗，中国跟俄罗斯哪个强大有人提出(chū)，也许该星系的(de)暗(àn)物质，已经被附(fù)近(jìn)的另一(yī)个(gè)大星系(xì)剥离了中国比俄罗斯强大吗，中国跟俄罗斯哪个强大。奇怪(guài)的(de)是，它的附近没(méi)有任(rèn)何星(xīng)系存在(zài)。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除(chú)了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人类(lèi)对(duì)引(yǐn)力的理解还(hái)不够全面，引力很(hěn)可能在(zài)不同尺度(dù)空(kōng)间中(zhōng)的工(gōng)作(zuò)方(fāng)式是(shì)不同的，这意味着(zhe)在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力(lì)之(zhī)间的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)则是不同的方式。对于在(zài)星系团之(zhī)间(jiān)的相互作用，科学家还(hái)引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的(de)是(shì)在(zài中国比俄罗斯强大吗，中国跟俄罗斯哪个强大)数百万光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特(tè)殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这(zhè)意味着我们需要对(duì)现在的物(wù)理定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发现也(yě)让很多人(rén)认为暗物质(zhì)假说(shuō)理论(lùn)就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗(àn)物质(zhì)存在的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星(xīng)团(tuán)，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的(de)相(xiāng)互作用就会导致温(wēn)度的急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅(fú)降低(dī)。所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所有这些气(qì)体所在(zài)的中间区(qū)域。那么我们通过什么来验证它的质(zhì)量区域到底是不(bù)是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传(chuán)回(huí)了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明(míng)显地看到很多星系(xì)似乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系(xì)本身并不是真的(de)被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极(jí)遥(yáo)远(yuǎn)的(de)天体和我们(men)地球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的(de)引力(lì)，会使身后更遥远(yuǎn)星系的(de)光都发生了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就(jiù)是当星团发生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可(kě)被观测(cè)到的(de)质量气体(tǐ)被(bèi)卡(kǎ)在(zài)了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了(le)引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的引力透镜(jìng)研(yán)究也(yě)被认为是暗(àn)物质存在的(de)迄今(jīn)为(wèi)止最(zuì)好的理(lǐ)论(lùn)证据(jù)。

除(chú)此之外，还(hái)有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙空间背景(jǐng)上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中红色的(de)部分(fēn)表示温度(dù)较高的区(qū)域，蓝色(sè)则表示(shì)相对较冷的区(qū)域(yù)，但实(shí)际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后的二值图像进行(xíng)连(lián)通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来(lái)不应该是这样的(de)，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们(men)需要的暗物(wù)质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒星运动所需要的(de)暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存在(zài)着某种类(lèi)型的(de)粒子，它们不(bù)参(cān)与任(rèn)何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如(rú)果(guǒ)能够(gòu)找到(dào)这(zhè)种粒子(zi)的存(cún)在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物质存(cún)在(zài)的实际(jì)证据。这种粒子(zi)到底(dǐ)是什么(me)？科(kē)学家(jiā)们已经提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不(bù)同的目标(biāo)粒子所需要的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十年当中，人类为(wèi)了(le)寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与常(cháng)规物质(zhì)相互(hù)作(zuò)用的“暗(àn)物(wù)质”，科学(xué)家们(men)已经(jīng)进行了超(chāo)过50次的实(shí)验(yàn)，却没有任何实(shí)质性(xìng)的发(fā)现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地(dì)球上最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层(céng)楼高的探测(cè)器，一直致力于(yú)寻找暗(àn)物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科(kē)学家声称观(guān)测到了(le)某种(zhǒng)信号。经过了20多(duō)年的数据收集(jí)，人们发现了(le)一个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率(lǜ)会在每年的(de)6月份(fèn)达(dá)到峰值，然(rán)后(hòu)在11月降到最低(dī)，而且在(zài)20年当中每年都是(shì)一样。一(yī)些(xiē)科学家(jiā)认为这可(kě)能(néng)是人类发(fā)现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗(àn)物质(zhì)会产生(shēng)周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕着(zhe)银(yín)河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这(zhè)样(yàng)的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这(zhè)个(gè)过程中会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的时候(hòu)，地球与太(tài)阳的(de)方向正好达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质流(liú)最快的时(shí)段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最(zuì)慢(màn)值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科(kē)学家认为这可以用来解释，研究人员(yuán)们所观(guān)测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度(dù)周期信号的差(chà)异也可能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤中的(de)水分(fēn)、高(gāo)山(shān)上的积雪，甚至连意大(dà)利(lì)游客的数(shù)量(liàng)也(yě)符(fú)合这个(gè)周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在南半球建立了一个几乎(hū)相同的实(shí)验室，这里的季节(jié)与(yǔ)之前(qián)的(de)实(shí)验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征(zhēng)和第一(yī)个实验(yàn)室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信号(hào)，就可(kě)以成为(wèi)暗(àn)物质(zhì)所存在的非常有力的证据了(le)。但(dàn)是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所(suǒ)以截至(zhì)目前还无法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大(dà)小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的(de)宽视场仪(yí)器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是(shì)探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实(shí)验室粒子(zi)天(tiān)体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研究发(fā)现，如果暗(àn)物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的效应，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说(shuō)是(shì)生命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的(de)证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不(bù)会(huì)意味着人类并不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这些(xiē)推论的大前(qián)提是要先(xiān)找到暗物质(zhì)存在的(de)实(shí)际证据。那么(me)小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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