宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存(cún)在科学无(wú)法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人(rén)类(lèi)为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十年(nián)当(dāng)中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发现任何(hé)的有(yǒu)效证据(jù)。除(chú)了(le)一(yī)个(gè)地(dì)方，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲学数学(xué)原理一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表了(le)万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的规(guī)律。往(wǎng)后的(de)几百年(nián)来，当天文学家(jiā)们发现某些天体(tǐ)运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天(tiān)王(wáng)星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥(míng)王星(xīng)的发(fā)现(xiàn)都是(shì)应(yīng)用万有引力定律所(suǒ)取得重大天(tiān)文成就的例子。但(dàn)是这(zhè)些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系(xì)或者是星团(tuán)的尺度，事(shì)情就开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的(de)质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就(jiù)可以确定(dìng)其质(zhì)量的(de)范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需要(yào)的数据是测量(liàng什么的灯火如何填空词语 灯火是词语吗)各个星系的(de)光度(dù)。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团中的各个星系相对于星系团(tuán)的运动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的(de)质量(liàng)消(xiāo)失了，或者说(shuō)这99%的(de)质量并不以可(kě)见光的形式所(suǒ)存在，我们(men)无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过(guò)程(chéng)中，兹威(wēi)基发现星系团中很多(duō)星(xīng)系(xì)的速度(dù)比(bǐ)理论(lùn)上(shàng)要快得多，按(àn)照牛(niú)顿的(de)运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星系的质(zhì)量(liàng)所产(chǎn)生的(de)引力是无法将它们束缚在星系团内的(de)，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之外(wài)了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的力量在起作用(yòng)，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样部分不可(kě)见的(de)暗质，它(tā)不发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只是当时的(de)人们对这样的一(yī)种说法不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再一(yī)次出现。天文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却让人(rén)感到不(bù)可思议(yì)。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持(chí)不变。可是(shì)根(gēn)据牛顿(dùn)的(de)万有(yǒu)引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有(yǒu)足够(gòu)大(dà)的质(zhì)量来吸引它(tā)们(men)，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们会使用(yòng)一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就(jiù)是测量(liàng)星(xīng)系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的(de)力量进(jìn)入(rù)其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜测量了距离星(xīng)系中心更(gèng)远距(jù)离(lí)的氢(qīng)元素，发现它们的(de)旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学(xué)定(dìng)律。我们(men)的太阳系也不(bù)例外，太(tài)阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定(dìng)律进(jìn)行计(jì)算(suàn)，太阳系(xì)的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速(sù)度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度(dù)的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是(shì)这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来(lái)越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的(de)存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质(zhì)量占整个(gè)星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释(shì)这个现象的(de)原因。在一(yī)项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在暗物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩离析(xī)。但是科学(xué)家们使用(yòng)最(zuì)先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的(de)恒星(xīng)运动(dòng)是可(kě)以用正常的物质和力(lì)学(xué)定律来(lái)解释的。那么又(yòu)有人提(tí)出，也许该星(xīng)系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能就是人(rén)类对引力的(de)理(lǐ)解还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方(fāng)式是不(bù)同的，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会(huì)沿着它们(men)的轨(guǐ)道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的(de)相(xiāng)互作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万光年(nián)的(de)规模(mó)上(shàng)，巨大的(de)质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的(de)效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)成立(lì)，这意味(wèi)着(zhe)我们需(xū)要(yào)对(duì)现(xiàn)在的物(wù)理定律进行修(xiū)正，这(zhè)些发(fā)现也让很多(duō)人认为(wèi)暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗物质存在(zài)的其(qí)他的理论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的(de)星团，它们大部分(fēn)的普通质量(liàng)都在星(xīng)系的(de)气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相互作用就会导致温度(dù)的(de)急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系团大部分的质(zhì)量将位于所有这些气体所在(zài)的中间区域。那么(me)我(wǒ)们通(tōng)过什么(me)来验证它的(de)质量区域到底(dǐ)是(shì)不(bù)是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回(huí)了宇宙当中第一(yī)张全彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照(zhào)片(piàn)中我们可以明显地看到很(hěn)多(duō)星(xīng)系(xì)似乎被拉(lā)伸(shēn)产生(shēng)了巨(jù)大的形(xíng)变。其(qí)实这些星系本身并(bìng)不是真(zhēn)的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不(bù)是(shì)韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的(de)天体和我们地球上的(de)观(guān)测者之间。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥远星系(xì)的(de)光(guāng)都发生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或(huò)者是暗物(wù)质。

所以当人(rén)们(men)对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大质(zhì)量(liàng)区域并不(bù)是在中(zhōng)间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全(quán)部(bù)的碰撞时，可被(bèi)观测到(dào)的质(zhì)量气体被卡在了(le)中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区(qū)域，并(bìng)在两边形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子(zi)弹星系团的引力(lì)透镜研(yán)究也被认为是(shì)暗物质(zhì)存在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的(de)理论证据(jù)。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多(duō)亿(yì)年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留(liú)下了(le)各(gè)相同性的微(wēi)波辐射。其(qí)中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示(shì)相对较冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它们(men)之间的温(wēn)差只有万(wàn)分之一(yī)。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图像进(jìn)行连通域提取(qǔ)和标记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随着(zhe)暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐射的测量值(zhí)，我们(men)需要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释(shì)星系当中恒星运动(dòng)所需(xū)要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的(de)粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互(hù)作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到(dào)这(zhè)种粒子的存(cún)在，就相当于找到(dào)了(le)暗(àn)物质存在的实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒(lì)子到底是什么(me)？科学家们已(yǐ)经提(tí)出(chū)了数十(shí)种的(de)假想目标，而要(yào)寻(xún)找这些(xiē)不同的目标粒子(zi)所(suǒ)需(xū)要(yào)的实验(yàn)方式也不相同。在过(guò)去的几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不(bù)见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物(wù)质相互作用(yòng)的(de)“暗物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次的(de)实验(yàn)，却没有任何实质性的(de)发(fā)现，除了(le)一(yī)个(gè)地方(fāng)，意大(dà)利的(de)格兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致(zhì)力于寻(xún)找暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学(xué)家声称观测到了(le)某种信(xìn)号。经过了20多年(nián)的数据收(shōu)集，人(rén)们发现了(le)一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后(hòu)在(zài)11月降到最低，而且(qiě)在(zài)20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是(shì)人类发现暗物质的(de)第一(yī)个直(zhí)接证据。

但是为(wèi)什么暗物质(zhì)会产生(shēng)周期(qī)性的(de)年度信号(hào)呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在(zài)以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银河(hé)系(xì)进行(xíng)移(yí)动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这个过程中(zhōng)会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的(de)方向是一(yī)致(zhì)的(de)，而另外(wài)半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而(ér)在(zài)6月份的时候(hòu)，地球与太阳的(de)方(fāng)向正好达到完全一致，这是(shì)理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢值(zhí)。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系的(de)平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科(kē)学家(jiā)认为这(zhè)可以用(yòng)来(lái)解释，研究(jiū)人员们所观(guān)测到的周期性信号(hào)。当然也可能有其(qí)他的(de)情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至(zhì)连意大利(lì)游客(kè)的数量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这里的季节与之前(qián)的(de)实(shí)验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一(yī)样(yàng)的(de)。

因此，如果在这里(lǐ)可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗(àn)物(wù)质所(suǒ)存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相(xiāng)应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野是(shì)哈(hā)勃红外(wài)仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其(qí)中一个(gè)关键的用途(tú)就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于(yú)探测的结果，我们(men)只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒(lì)子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物(wù)质(zhì)存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神(shén)秘(mì)的(de)效(xiào)应，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会(huì)支(zhī)持(chí)宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的(de)一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实(shí)，那(nà)么遍布宇宙当中的(de)暗(àn)物质会不(bù)会意味着人类并不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是要先找到暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你们(men)觉得(dé)暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的(de)支(zhī)持是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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