宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类(lèi)为了(le)寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在的证(zhèng)据，科(kē)学家(jiā)们在(zài)过去(qù)的(de)几十年当(dāng)中进行了(le)超过50次(cì)的长期实(shí)验，但(dàn)是却没(méi)有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过(guò)天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得(dé)重大(dà)天文成就的例子。但是(shì)这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升(shēng)到星系或者是星团的(de)尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在一起(qǐ)。测量星系团(tuán)的质量(liàng)一般会使用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一致，就可(kě)以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测量各(gè)个(gè)星(xīng)系的光度。

第(dì)二种是动力学(xué)质量的(de)计(jì)算，是利(lì)用光谱红移(yí)测量星系团(tuán)中的各个星系相对于(yú)星系(xì)团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发(fā)座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式(shì)所(suǒ)存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量(liàng)速(sù)度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系(xì)团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的(de)质(zhì)量所产生(shēng)的引力是无法将它(tā)们束(shù)缚在星系(xì)团(tuán)内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系(xì)团之外(wài)了，除非有一种(zhǒng)神秘的(de)力量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形(xíng)的物(wù)质。

据此，兹维基提(tí)出了这样(yàng)部分(fēn)不可见的暗质(zhì)，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人(rén)们(men)对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这个词才(cái)再(zài)一(yī)次出现。天(tiān)文(wén)学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上(shàng)的运(yùn)行(xíng)速度就(jiù)会越慢(màn)。但是他们观(guān)测(cè)的(de)结果却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在(zài)星系当(dāng)中如果(guǒ)没有足够(gòu)大(dà)的质量来吸引它们，这些外(wài)围(wéi)的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家(jiā)们会(huì)使用一种相对(duì)标(biāo)准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就是测(cè)量星系当中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离(lí)星(xīng)系中心的距(jù)离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上(shàng)气(qì)体(tǐ)的(de)旋转速(sù)度。如果出现异常的(de)结果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的(de)力量进(jìn)入其中。

于是科(kē)学家们通过射(shè)电望远镜测量(liàng)了距离(lí)星(xīng)系中(zhōng)心更远距离(lí)的氢元素，发现它们(men)的(de)旋转速度并不符(fú)合牛(niú)顿的力学定律。我们(men)的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河(hé)系(xì)的第三(sān)悬(xuá除螨皂可以天天用吗，除螨皂对痘痘管用吗n)臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度(dù)，那(nà)么产(chǎn)生(shēng)以(yǐ)上这种向心加(jiā)速度(dù)的(de)原因很可(kě)能就是(shì)存在(zài)着一种我(wǒ)们看不到(dào)的物质，是这些(xiē)暗(àn)物质(zhì)的引(yǐn)力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也(yě)是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人(rén)员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根(gēn)据星系(xì)外恒(héng)星轨道的速度，估(gū)算在星(xīng)系当中暗(àn)物质的质量(liàng)占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一可以(yǐ)解释(shì)这个现(xiàn)象的原因。在一(yī)项新(xīn)的(de)研究当中(zhōng)，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒(héng)星之间，也会出(chū)现速(sù)度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现了(le)一个(gè)反常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河系(xì)不多，但是星(xīng)系当中(zhōng)存在的恒(héng)星(xīng)数量却(què)只有银(yín)河系的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该星系(xì)必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家(jiā)们使用最(zuì)先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发(fā)现(xiàn)星(xīng)系中的恒(héng)星运动是可以用正常的(de)物质和力学定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗物质(zhì)，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离(lí)了(le)。奇怪的(de)是，它的(de)附(fù)近没(méi)有任(rèn)何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了(le)暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一(yī)种可能就是(shì)人类对引(yǐn)力的理解还不够(gòu)全面，引力很可(kě)能在不同尺度(dù)空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力(lì)之间的相互(hù)作用则是(shì)不(bù)同的方(fāng)式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学(xué)家(jiā)还(hái)引入了外部场效应的概(gài)念，指的(de)是在(zài)数(shù)百万(wàn)光(guāng)年的规模(mó)上，巨(jù)大的质量之(zhī)间会产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要(yào)对(duì)现在(zài)的物(wù)理定律进行修正，这(zhè)些发现也(yě)让很(hěn)多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关于暗(àn)物质(zhì)存在的(de)其他的理论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证据是蒙(méng)德(dé)理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的子弹星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似(shì)这样的星团(tuán)，它们大部分的普(pǔ)通质(zhì)量都在星系的(de)气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互(hù)作用就会导致温度的(de)急(jí)剧升高，速度(dù)大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星(xīng)系团大部分(fēn)的质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的(de)中间区域(yù)。那(nà)么我们通过什么来验证它的(de)质量区域到底(dǐ)是不是(shì)集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照片(piàn)，在照片中我们可以明显地看(kàn)到(dào)很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的形(xíng)变。其实这些星系(xì)本身并(bìng)不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么(me)问题，而(ér)是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上(shàng)的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量(liàng)的东西(xī)的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的(de)光都发生了扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是(shì)引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可(kě)能是超大(dà)质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们(men)对子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)观测的(de)时候，发现它的大质(zhì)量(liàng)区(qū)域并不是(shì)在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的解释(shì)方法就是(shì)当(dāng)星团发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测到的(de)质量气体被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗(àn)物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的引力(lì)透镜研(yán)究(jiū)也(yě)被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年(nián)之后(hòu)，可(kě)见(jiàn)光(guāng)终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温(wēn)度较高的区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之(zhī)间的温差只有万分之一(yī)。

科学(xué)家们(men)通(tōng)过(guò)对前景背景分离后的(de)二值图像进行(xíng)连通域提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看(kàn)起来不(bù)应该是这(zhè)样的(de)，而随着(zhe)暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐(fú)射的(de)测量(liàng)值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理(lǐ)论框架，就(jiù)很好(hǎo)地解释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质的(de)本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类(lèi)型的粒(lì)子，它(tā)们不参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是什么(me)？科学家们已经(jīng)提出(chū)了数十(shí)种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不同的目(mù)标粒子所需要的实验方式也不相同。在过(guò)去(qù)的几十(shí)年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看(kàn)不(bù)见、摸(mō)不(bù)到，几乎不会与常规(guī)物质(zhì)相互(hù)作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经(jīng)进(jìn)行了超过50次的(de)实验，却没有任何实质(zhì)性的发(fā)现(xiàn)，除(chú)了一个地方(fāng)，意大利的(de)格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层(céng)楼高的(de)探(tàn)测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科学家声称(chēng)观测到了(le)某种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发现了一个有趣(qù)的(de)事(shì)情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一(yī)些科学家认为这可能(néng)是人类发(fā)现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是(shì)为什么暗(àn)物(wù)质(zhì)会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太(tài)阳系(xì)正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的(de)速度围绕着银(yín)河系进(jìn)行移(yí)动，那(nà)么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过(guò)程(chéng)中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕(rào)银河系的(de)方向是一(yī)致的，而另外半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的时候，地(dì)球与(yǔ)太阳的方向正(zhèng)好达到完全(quán)一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达(dá)到了(le)最(zuì)慢值(zhí)。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况中，太(tài)阳系相对银河系的平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认(rèn)为这可以用(yòng)来解释(shì)，研究(jiū)人(rén)员们所(suǒ)观测到的周期性信号(hào)。当然也可(kě)能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信(xìn)号的差(chà)异(yì)也可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意(yì)大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了(le)一(yī)个几乎相同的(de)实验(yàn)室，这里(lǐ)的季(jì)节与之前(qián)的(de)实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流(liú)的(de)运动(dòng)特征和第(dì)一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这(zhè)里(lǐ)可以得到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但是(shì)由于(yú)这个实验(yàn)室(shì)刚刚建成(chéng)不久，所以截至目(mù)前还无(wú)法提供相应的数(shù)据(jù)支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太(tài)空(kōng)望远镜(jìng)叫做(zuò)“南(nán)希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的(de)宽视场仪器提(tí)供的视野是(shì)哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼(màn)太(tài)空望远镜其中一(yī)个关键的用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验(yàn)室(shì)粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们(men)极有可(kě)能(néng)拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说(shuō)是(shì)生命进化的一个重要(yào)因素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到进(jìn)一(yī)步(bù)的证实，那么遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人(rén)类并不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的(de)行星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然(rán)，这些推(tuī)论(lùn)的大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力(lì)！

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