宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存(cún)在科(kē)学无法解(jiě)释的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过去(qù)的几十(shí)年当(dāng)中进行了超过(guò)50次的长期实(shí)验，但(dàn)是却没有发现任何的(de)有效(xiào)证据。除了(le)一个地(dì)方(fāng)，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原(yuán)理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规(guī)律。往后的几百年来，当天文学(xué)家(jiā)们发现(xiàn)某(mǒu)些(xiē)天(tiān)体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定律的时候，他们就会(huì)知道(dào)，周(zhōu)围一(yī)定有(yǒu)未知的天体通(tōng)过引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(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(léi)彗星(xīng)、冥(míng)王星的发现都(dōu)是应用万有引力定(dìng)律(lǜ)所取得(dé)重大天文成(chéng)就的(de)例子。但(dàn)是这些发现都(dōu)是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系或(huò)者是星团的尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正在研(yán)究和(hé)测量(liàng)后发(fā)星系团的质量。这(zhè)是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系(xì)团，这些(xiē)星(xīng)系被引(yǐn)力束缚(fù)在一起。测量星系团(tuán)的质量(liàng)一(yī)般(bān)会(huì)使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一(yī)致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其(qí)"光度学的(de)质量"，需(xū)要的数据是测(cè)量各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力(lì)学(xué)质量的计算，是(shì)利用(yòng)光(guāng)谱红移测量星系团(tuán)中(zhōng)的各(gè)个星(xīng)系相对于星(xīng)系团的运(yùn)动速度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质(zhì)量消失了，或(huò)者说这99%的(de)质(zhì)量(liàng)并不以可见光的形式(shì)所(suǒ)存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星系团中很(hěn)多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系(xì)的质量(liàng)所产(chǎn)生的引力是无(wú)法将(jiāng)它们束缚在星系团(tuán)内的，它们(men)早就应该被抛(pāo)出星系(xì)团(tuán)之(zhī)外(wài)了，除非(fēi)有一种神(shén)秘的力量在(zài)起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了(le)这样部分不(bù)可见的(de)暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着(zhe)宇宙中绝大(dà)部分的(de)质(zhì)量。只是当时的人们对(duì)这样(yàng)的(de)一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次(cì)出现。天(tiān)文(wén)学家维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特在观测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论(lùn)上来(lái)说，距离中心(xīn)越远的(de)恒星在其轨(guǐ)道上的运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但是他们观测的(de)结果(guǒ)却(què)让(ràng)人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持不(bù)变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，在星(xīng)系当(dāng)中如(rú)果没(méi)有(yǒu)足够(gòu)大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标准的方法来解(jiě)释暗(àn)物质的存在(zài)，这(zhè)种方法就是测(cè)量星系当中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星(xīng)系中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现异常的(de)结(jié)果，就(jiù)认为是(shì)由暗(àn)物质的力(lì)量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距(jù)离星系(xì)中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并(bìng)不符合(hé)牛顿的力学(xué)定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)计算，太(tài)阳(yáng)系(xì)的运(yùn)行(xíng)速(sù)度应该(gāi)是(shì)160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太(tài)阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论(lùn)速(sù)度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的(de)原因很(hěn)可(kě)能就是存在着(zhe)一种我(wǒ)们(men)看(kàn)不到(dào)的(de)物质(zhì)，是这些暗(àn)物质的引力效应将星系(xì)聚集在(zài)了一起。

也(yě)是从这时(shí)开始，越来(lái)越(yuè)多的研究人员开(kāi)始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以(yǐ)解释这个(gè)现象的原因(yīn)。在一项新的(de)研究(jiū)当中，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出(chū)现速度(dù)上(shàng)的微小差异。另(lìng)外，天文(wén)学家还发(fā)现了(le)一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当(dāng)中存在(zài)的(de)恒星数量却只有银河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的(de)望远镜对其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量(liàng)之后，发现星系中的(de)恒星运动是可以用正常(cháng)的物(wù)质和力学定律来解释(shì)的。那么又有(yǒu)人(rén)提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附(fù)近的(de)另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能(néng)就是(shì)人类对引力的理解还(hái)不够全面，引(yǐn)力很可(kě)能在不同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作方式是不同的(de)，这意(yì)味着在(zài)行星系尺度中(zhōng)的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解(jiě)的方式运动。但是(shì)上(shàng)升到(dào)星系(xì)和星团的(de)尺(chǐ)度(dù)，引力之间的(de)相互作用(yòng)则(zé)是不同(tóng)的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科(kē)学家还引入了(le)外部场效(xiào)应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大(dà)的质量之间会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊的(de)效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)我(wǒ)们需要(yào)对(duì)现在的物理(lǐ)定律进(jìn)行修正，这些(xiē)发现(xiàn)也让很多(duō)人认(rèn)为暗物质(zhì)假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质(zhì)存在的其(qí)他的理论证(zhèng)据，这些(xiē)理论(lùn)证据是蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年(nián)的子弹星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的(de)时候，星(xīng)际气体(tǐ)的(de)相互作用就会导致温(wēn)度的(de)急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的(de)质(zhì)量(liàng)将位于所有这些气(qì)体(tǐ)所在的(de)中间区(qū)域(yù)。那么我们通过(guò)什么来验(yàn)证它的(de)质(zhì)量区(qū)域到底是不是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜传回了(le)宇宙当中第一张(zhāng)全彩的(de)高清(qīng)照片(piàn)，在(zài)照片(piàn)中我(wǒ)们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的(de)形变。其实(shí)这些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们地球(qiú)上的(de)观(guān)测者之间。被一(yī)个质量超级巨(jù)大的(de)天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都(dōu)发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们(men)对子弹(dàn)星系团(tuán)观测的时候，发现(xiàn)它的大(dà)质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两(liǎng)侧(cè)。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星团发生全部的100厘米等于多少分米，100厘米等于多少分米多少米(de)碰撞时，可(kě)被(bèi)观测到的(de)质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通过(guò)了这个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团(tuán)的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可(kě)以畅(chàng)通无(wú)阻地穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了(le)。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度(dù)较高的(de)区域，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较冷(lěng)的区(qū)域，但实(shí)际上(shàng)它们(men)之间的温差(chà)只(zhǐ)有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景(jǐng)背景分(fēn)离后的二值图像进行连(lián)通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测量值，我们需(xū)要的(de)暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需要的(de)暗物(wù)质(zhì)比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架(jià)，就很好地解(jiě)释了很多不同的观测结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们不参(cān)与任何(hé)其他的电磁作(zuò)用(yòng)，只(zhǐ)通(tōng)过引(yǐn)力来(lái)相互作用。所(suǒ)以如果能(néng)够找到(dào)这种粒(lì)子的(de)存(cún)在，就(jiù)相当于找到了暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底(dǐ)是(shì)什(shén)么？科学家们已经(jīng)提出了数(shù)十(shí)种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需(xū)要(yào)的实验方式也不相同。在过去(qù)的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却(què)没(méi)有任何(hé)实质性的发(fā)现，除了(le)一个(gè)地方，意大利(lì)的格兰萨(sà)索山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的地学实(shí)验(yàn)室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层(céng)楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(z100厘米等于多少分米，100厘米等于多少分米多少米hōu)期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科(kē)学家(jiā)声称观测到了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现(xiàn)了(le)一个有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗物质会产(chǎn)生(shēng)周期(qī)性的年(nián)度(dù)信号呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系(xì)进(jìn)行移动，那么如(rú)果暗物(wù)质(zhì)存(cún)在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个(gè)过程(chéng)中(zhōng)会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕太阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半年(nián)的时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的(de)方向是一致的(de)，而(ér)另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向(xiàng)正好(hǎo)达(dá)到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好达(dá)到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银河系的平(píng)面呈现了(le)60度的(de)倾斜(xié)，但是这并不(bù)影响这个(gè)理论的有效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可以用来解(jiě)释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期(qī)性信号。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这种年度周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一(yī)个几(jǐ)乎相同的实(shí)验室(shì)，这里的季节(jié)与之前的实验室(shì)正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第(dì)一(yī)个实验室是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所(suǒ)存(cún)在的非常有力的证据(jù)了。但是由于这(zhè)个(gè)实(shí)验室(shì)刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无(wú)法提供相(xiāng)应的数据支(zhī)持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外(wài)仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜其(qí)中一个关键的用途就是(shì)探索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥秘，对(duì)于探测的结(jié)果，我们只能(néng)拭目以待(dài)了。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物质存在(zài)，它(tā)们(men)极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物(wù)质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命(mìng)的(de)诞生(shēng)，或(huò)者说是(shì)生(shēng)命进化的(de)一(yī)个重(zhòng)要因素。

如(rú)果这一(yī)理论(lùn)得到进一步(bù)的(de)证实，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗物质会不会(huì)意味着人类并(bìng)不(bù)孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质(zhì)正在通过(guò)这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论(lùn)的大前提是要先找到暗(àn)物(wù)质存在(zài)的(de)实(shí)际(jì)证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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