宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是(shì)什么(me)？人类为(wèi)了寻(xún)找暗物质存(cún)在的证据，科(kē)学家们在过(guò)去的几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们(men)发现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不符合万有引(yǐn)力定(dìng)律的(de)时候，他(tā)们就会(huì)知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的(de)轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过(guò)天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星的(de)发现都是应(yīng)用万有引力定(dìng)律所取得(dé)重大天文成(chéng)就的(de)例子(zi)。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系(xì)或者是星团的尺度(dù)，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星系团的质(zhì)量。这(zhè)是一个由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系(xì)团，这(zhè)些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星(xīng)系团(tuán)的质量一般会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两(liǎng)种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要(yào)的数据(jù)是测(cè)量各个(gè)星(xīng)系的光度。

第二(èr)种是动力(lì)学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星(xīng)系团中(zhōng)的各个星系相对(duì)于(yú)星系团的运动速度(dù)。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基(jī)彻(chè)底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味(wèi)着，后发(fā)座星(xīng)系团有99%的质量消失了(le)，或者说(shuō)这99%的质量并不(bù)以(yǐ)可见(jiàn)光的形(xíng)式(shì)所(suǒ)存在，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量速(sù)度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系团(tuán)中很多星系的速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生的(de)引力(lì)是无(wú)法(fǎ)将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神(shén)秘的(de)力量在起作用(yòng)，这种力(lì)量来(lái)源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此，兹维基(jī)提(tí)出了这(zhè)样部分(fēn)不可见的暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸(xī)光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们(men)对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗(àn)物(wù)质(zhì)”这个词才再一次(cì)出现。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的(de)增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的(de)万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们(men)会使用一种相对(duì)标(biāo)准(zhǔn)的方法来解(jiě)释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距(jù)离星系中(zhōng)心的距离(lí)，以及(jí)在Y轴上气体的旋(xuán)转速(sù)度(dù)。如果出现异常的(de)结果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于(yú)是科学家们通过射(shè)电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的旋转速(sù)度并(bìng)不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太(tài)阳(yáng)系也不例外，太阳系(xì)位于(yú)银河系的第三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银(yín)河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远大于理论速度(dù)，那(nà)么产生以(yǐ)上这种向(xiàng)心加速度的原因(yīn)很可能就(jiù)是存在着一种我们看不到的物(wù)质(zhì)，是(shì)这些暗物质的(de)引力效应将星系(xì)聚(jù)集在了(le)一起。

也(yě)是(shì)从这(zhè)时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗(àn)物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估(gū)算在(zài)星系当(dāng)中(zhōng)暗(àn)物质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗(àn)物(wù)质(zhì)并不是(shì)唯(wéi)一可以(yǐ)解释这(zhè)个现象的原因。在一(yī)项新的研究当中(zhōng)，科学(xué)家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另外(wài)，天(tiān)文(wén)学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银河系不(bù)多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必(bì)须存在(zài)暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对(duì)其进行了40个(gè)小时的详细测量之后，发现星(xīng)系(xì)中的恒星(xīng)运动是(shì)可以用正常的物质和(hé)力学定律来解释的。那(nà)么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被(bèi)附(fù)近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在(zài)。造成这些(xiē)现(xiàn)象的除了(le)暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类对引力(lì)的理解还不够全面(miàn)，引力(lì)很可能(néng)在不(bù)同尺度空间中(zhōng)的工作方式(shì)是不同的(de)，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)照我们所理解的方(fāng)式运动。但是上升到(dào)星系和(hé)星团的尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的相互作用(yòng)则是(shì)不同的方(fāng)式。对于在(zài)星(xīng)系团之间(jiān)的相互作用(yòng)，科学家(jiā)还(hái)引入(rù)了(le)外部场(chǎng)效应(yīng)的(de)概(gài)念，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间(jiān)会产生对(duì)彼此特(tè)殊(shū)的(de)效果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这(zhè)意味着我们需(xū)要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些发现也让(ràng)很(hěn)多人认为(wèi)暗物(wù)质假说(shuō)理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的(de)其(qí)他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这(zhè)些理论(lùn)证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的(de)子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组(zǔ)成(chéng)，类似这(zhè)样的星团，它们大(dà)部分(fēn)的普(pǔ)通(tōng)质量(liàng)都在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作(zuò)用就会导(dǎo)致温度的(de)急剧(jù)升高(gāo)，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的(de)质(zhì)量(liàng)将位于(yú)所有这些气体所在的中间区(qū)域(yù)。那(nà)么(me)我们通过什么来验证它的(de)质(zhì)量区域(yù)到(dào)底是不是(shì)集中在中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片(piàn)，在(zài)照片(piàn)中我们(men)可以明显(xiǎn)地看(kàn)到(dào)很多星系似乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么(me)问题，而(ér)是这(zhè)样极(jí)遥远的天体和我们(men)地球(qiú)上的观(guān)测(cè)者之间。被一个质(zhì)量超级巨(jù)大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系团观(guān)测的(de)时候(hòu)，发现它的大(dà)质量区域并不是(shì)在(zài)中间，而是在(zài)两侧。所以(yǐ)最好的解释(shì)方法就是(shì)当星团(tuán)发生全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了(le)中间，暗物(wù)质(zhì)则直接通过了(le)这个区(qū)域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引(yǐn)力(lì)透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的迄今为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上留下(xià)了(le)各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的(de)部分表(biǎo)示温度较高(gāo)的区(qū)域(yù)，蓝色则表示相对较冷的(de)区(qū)域，但实(shí)际上它们之间的(de)温差只有万分(fēn)之一。

科(kē)学家们通(tōng)过对(duì)前景背景(jǐng)分(fēn)离后的二值图像进行连通域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不(bù)应该(gāi)是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的(de)幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值(zhí)，我们需(xū)要的暗(àn)物质大约(yuē)是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系(xì)当(dāng)中恒星运动所需要的(de)暗物质比例是(shì)一致(zhì)的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了一(yī)个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测(cè)结(jié)果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存(cún)在着某种类型的(de)粒(lì)子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果(guǒ)能(néng)够(gòu)找到这种(zhǒng)粒(lì)子(zi)的存在，就(jiù)相当于找到(dào)了暗物质存在(zài)的实际(jì)证据(jù)。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已(yǐ)经提(tí)出了(le)数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目(mù)标(biāo)，而要寻找这(zhè)些不同(tóng)的目标粒子所需要(yào)的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次的实(shí)验，却(què)没有任(rèn)何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的(de)地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的地学(xué)实验室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称(chēng)观测到(dào)了(le)某种信号。经(jīng)过了(le)20多年的数据(jù)收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份(fèn)达(dá)到峰值，然80寸电视机长和宽大概是多少厘米的，80寸电视的长和宽分别是多少厘米后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年(nián)当中每年(nián)都是(shì)一样(yàng)。一(yī)些科学家认为(wèi)这可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗(àn)物质(zhì)会产生(shēng)周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的(de)速度围绕(rào)着(zhe)银(yín)河系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意(yì)味(wèi)着我们也在以这样的速(sù)度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质流(liú)，这个(gè)过程(chéng)中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有(yǒu)半年的时(shí)间，地(dì)球围绕(rào)太阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河系的(de)方向是一致的，而另(lìng)外半年则(zé)与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份的时(shí)候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是(shì)理论上地球(qiú)穿(chuān)越暗物质(zhì)流最快的(de)时(shí)段。而在11月份，又恰好达(dá)到(dào)了最慢值。尽管在(zài)实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系(xì)的平面(miàn)呈(chéng)现(xiàn)了(le)60度的(de)倾斜，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为(wèi)这可以用来解释，研究人(rén)员们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性信号(hào)。当然也(yě)可(kě)能有其他的情况，造成这种年度(dù)周(zhōu)期信号(hào)的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利(lì)游客(kè)的(de)数量也符(fú)合这个周(zhōu)期的(de)规律。

所以(yǐ)，科(kē)学(xué)家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季(jì)节与(yǔ)之(zhī)前的实验室(shì)正好(hǎo)相(xiāng)反(fǎn)，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第一(yī)个实(shí)验室是一(yī)样的(de)。

因此，如(rú)果在这里可以得到(dào)相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所(suǒ)存在的(de)非(fēi)常有力的证(zhèng)据(jù)了(le)。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还(hái)无(wú)法(fǎ)提供相应(yīng)的数据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提(tí)供(gōng)的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空望远镜(jìng)其(qí)中一个(gè)关键(jiàn)的(de)用途就是探(tàn)索暗物质背(bèi)后的奥秘(mì)，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了(le)。费(fèi)米(mǐ)实验室(shì)粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们(men)极有可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者(zhě)说是生命(mìng)进化的一个(gè)重要(yào)因素。80寸电视机长和宽大概是多少厘米的，80寸电视的长和宽分别是多少厘米

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗(àn)物(wù)质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落(luò)的(de)行(xíng)星上，暗物(wù)质正(zhèng)在通过这样(yàng)的效(xiào)应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们(men)觉得暗(àn)物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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