宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会(huì)存在(zài)科学无法解释(shì)的(de)“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟是什么(me)？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学(xué)家们(men)在(zài)过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运(yùn)动的规(guī)律。往后的(de)几百年来(lái)，当(dāng)天(tiān)文学家们发现(xiàn)某些(xiē)天(tiān)体运行(xíng)轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定(dìng)律的时(shí)候，他们就(jiù)会知道，周围一(yī)定有(yǒu)未知的天体通过引(yǐn)力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星(xīng)运(yùn)行轨道的异(yì)常(cháng)，推算并(bìng)且发现了(le)海王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥(míng)王星的发(fā)现都是应用(yòng)万有(yǒu)引力定律所取得重大天文(wén)成就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发(fā)现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们(men)上(shàng)升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨(cí)兹威基(jī)正(zhèng)在研究和测量后发(fā)星(xīng)系团的质量。这(zhè)是一(yī)个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星(xīng)系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团(t写照的意思 写照是什么词性uán)的质量一般会(huì)使用到(dào)两种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一致，就可以(yǐ)确(què)定其(qí)质(zhì)量(liàng)的范(fàn)围。

第(dì)一种是(shì)获得(dé)其"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需要(yào)的数据是(shì)测(cè)量各(gè)个星系的光度。

第二(èr)种是动力学(xué)质量(liàng)的计算，是(shì)利(lì)用光谱(pǔ)红移测量星系(xì)团中的各个星系相(xiāng)对于(yú)星系团的运动速(sù)度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威(wēi)基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过(guò)程(chéng)中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系(xì)团中很多(duō)星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星系(xì)的质(zhì)量所(suǒ)产(chǎn)生(shēng)的引力是(shì)无法将它(tā)们束缚在(zài)星系团内的(de)，它(tā)们早就应该(gāi)被(bèi)抛出星系(xì)团之外了(le)，除非有一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出(chū)了这样部分(fēn)不可见(jiàn)的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人(rén)们对这样的一(yī)种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其(qí)轨道(dào)上的运(yùn)行(xíng)速度就会越(yuè)慢。但是他(tā)们观测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持(chí)不(bù)变。可(kě)是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来(lái)吸(xī)引它们，这些外围(wéi)的(de)恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗(àn)物质的存在，这(zhè)种方(fāng)法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中(zhōng)心的距离(lí)，以及在Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转速度。如果出现异(yì)常(cháng)的(de)结(jié)果，就认(rèn)为是由暗物质的(de)力量进入其中(zhōng)。

于是科学(xué)家们(men)通过射(shè)电望远镜测量(liàng)了距离星(xīng)系(xì)中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系(xì)位于(yú)银河系的第(dì)三(sān)悬(xuán)臂之上，距(jù)离(lí)银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的(de)运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度围绕(rào)银河系(xì)旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论速度，那(nà)么(me)产(chǎn)生(shēng)以(yǐ)上这种向心加(jiā)速度的(de)原(yuán)因很可(kě)能就(jiù)是(shì)存(cún)在着(zhe)一(yī)种我们(men)看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在(zài)了(le)一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家(jiā)根(gēn)据星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在星系(xì)当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质(zhì)并(bìng)不是唯一可(kě)以解(ji写照的意思 写照是什么词性ě)释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出(chū)现速度(dù)上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有银河系的千分之(zhī)一(yī)。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该星系必(bì)须存在暗(àn)物质，否则就会(huì)分崩离(lí)析。但(dàn)是(shì)科学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其(qí)进行了40个小时(shí)的详细测量之(zhī)后(hòu)，发现星系中的恒(héng)星运动是可以(yǐ)用正(zhèng)常的物质和力学定律(lǜ)来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质(zhì)，已经被(bèi)附近的另一(yī)个大星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗(àn)物(wù)质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可能就是人(rén)类对(duì)引力的理解还不够全面(miàn)，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意(yì)味(wèi)着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和(hé)星团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的相互作(zuò)用则是不同的(de)方式(shì)。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科学家(jiā)还引入(rù)了外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百万光年的(de)规模上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间(jiān)会(huì)产(chǎn)生对(duì)彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这(zhè)意味着(zhe)我们需要对现在的(de)物(wù)理定律进行(xíng)修(xiū)正(zhèng)，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物(wù)质存在的其他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理论证据(jù)是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的(de)星(xīng)团(tuán)，它们大部分(fēn)的(de)普通(tōng)质(zhì)量(liàng)都(dōu)在星(xīng)系的气(qì)体(tǐ)当(dāng)中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气体(tǐ)的相互作(zuò)用(yòng)就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那(nà)么(me)我们通(tōng)过(guò)什么来验证它的(de)质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们(men)可以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生(shēng)了(le)巨大的形变(biàn)。其(qí)实这些星系本身(shēn)并不是真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地球上的观(guān)测者(zhě)之间。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨大的(de)天(tiān)体(tǐ)遮(zhē)挡，这(zhè)个超大(dà)质(zhì)量的东西的引力(lì)，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星系(xì)的光都发生了(le)扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就是(shì)引力(lì)透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对子(zi)弹星系团观测(cè)的时(shí)候，发现它的大质量区域并不是(shì)在中间(jiān)，而是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被(bèi)观(guān)测(cè)到的质量气体(tǐ)被卡在(zài)了(le)中(zhōng)间，暗(àn)物质(zhì)则直(zhí)接通(tōng)过了这个区域，并在两边(biān)形(xíng)成了(le)引(yǐn)力透(tòu)镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的引力透镜研究也(yě)被认(rèn)为是暗(àn)物质存在的迄(qì)今为止最(zuì)好的理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光(guāng)终于(yú)可以畅(chàng)通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下了各(gè)相同性的微波辐射(shè)。其中红色(sè)的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷(lěng)的区域(yù)，但实际上它们(men)之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值(zhí)图像进行(xíng)连通域(yù)提取(qǔ)和标记(jì)之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗物(wù)质，图(tú)形看起来不应(yīng)该(gāi)是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测(cè)量值，我们需要(yào)的暗物质大(dà)约(yuē)是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架(jià)，就很好地(dì)解释了很多不同的观(guān)测结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力(lì)来相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗物(wù)质存(cún)在的实际(jì)证据。这(zhè)种粒子到(dào)底是什么(me)？科(kē)学(xué)家(jiā)们已(yǐ)经提出了数十种的(de)假想目标(biāo)，而要(yào)寻(xún)找这些不同的目(mù)标(biāo)粒子所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十(shí)年(nián)当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎不会(huì)与常规物(wù)质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大(dà)的地(dì)学实验室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一(yī)直致力于(yú)寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的(de)科学家声(shēng)称(chēng)观测到了(le)某(mǒu)种信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每(měi)年的(de)6月份达到峰值，然(rán)后在11月(yuè)降到(dào)最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是(shì)一样。一些(xiē)科(kē)学家认为(wèi)这(zhè)可能是人类发(fā)现暗物质的(de)第一(yī)个(gè)直(zhí)接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周(zhōu)期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗(àn)物(wù)质(zhì)存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以(yǐ)这(zhè)样的(de)速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个过(guò)程中会(huì)产(chǎn)生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速(sù)度(dù)围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的(de)方(fāng)向与太阳环绕(rào)银河系(xì)的方向是(shì)一(yī)致的，而另外(wài)半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好达到完全一(yī)致(zhì)，这(zhè)是理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗(àn)物质(zhì)流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的情(qíng)况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是(shì)这(zhè)并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这(zhè)可以用来(lái)解释，研(yán)究人员们(men)所观测到的周(zhōu)期(qī)性信号(hào)。当然(rán)也(yě)可能有(yǒu)其(qí)他的(de)情(qíng)况，造成这种年(nián)度周(zhōu)期信号(hào)的差异(yì)也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚至(zhì)连意大利游客的(de)数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家(jiā)们又(yòu)在(zài)南半球建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同(tóng)的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前的实验(yàn)室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特(tè)征和第一个(gè)实验室是一样的(de)。

因此(cǐ)，如果在(zài)这(zhè)里(lǐ)可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为(wèi)暗物质(zhì)所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截(jié)至目前还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫(jiào)做(zuò)“南(nán)希格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它(tā)的宽(kuān)视场仪器提供(gōng)的视(shì)野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其(qí)中一(yī)个(gè)关键(jiàn)的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对(duì)于探测(cè)的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实(shí)验(yàn)室粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得(dé)到(dào)进(jìn)一步的证实，那(nà)么(me)遍布宇宙当中的暗(àn)物质会(huì)不会意(yì)味着人类并不孤(gū)单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过这(zhè)样的效(xiào)应创造(zào)生命。当然(rán)，这(zhè)些推论的大前提是要(yào)先(xiān)找到暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。那(nà)么(me)小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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