宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人(rén)类为了寻(xún)找暗物质存在的证(zhèng)据(jù)，科学家们在过去的几(jǐ)十年当中进行(xíng)了超(chāo)过50次的长期实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何(hé)的有(yǒu)效证据。除(chú)了一(yī)个地(dì)方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们发现某些(xiē)天体运行(xíng)轨(guǐ)道出现异常，不符(fú)合(hé)万有引力定(dìng)律的时候，他们(men)就会知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知的天(tiān)体通过引力(lì)在(zài)摄(shè)动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运(yùn)行轨(guǐ)道的(de)异常，推算并且(qiě)发现了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应(yīng)用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们上升到星系(xì)或(huò)者(zhě)是星团的(de)尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗(fú)里茨兹威基正在(zài)研(yán)究和测量后发星系(xì)团(tuán)的质81的算术平方根是多少，81的算术平方根计算过程(zhì)量。这是(shì)一个(gè)由数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测(cè)量(liàng)星系团的质量一般会使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可(kě)以确定(dìng)其质量的(de)范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的(de)数据是测量(liàng)各个(gè)星系(xì)的光度。

第(dì)二种是动力学(xué)质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系(xì)团(tuán)中的(de)各个星(xīng)系相对于星系团的运(yùn)动速度(dù)。当测量结果出(chū)来之后，兹(zī)威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量并不以可见(jiàn)光的(de)形(xíng)式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡异的是(shì)，在测(cè)量(liàng)速(sù)度(dù)的过程中，兹威(wēi)基(jī)发现(xiàn)星系团中很多星(xīng)系的速度比(bǐ)理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运(yùn)动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的(de)质量(liàng)所产生(shēng)的(de)引力是(shì)无法将它(tā)们束缚在星系(xì)团内的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘(mì)的力量在起作用(yòng)，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基(jī)提(tí)出了这样部(bù)分不可见的(de)暗质，它不(bù)发散光、吸(xī)光、反(fǎn)射(shè)光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在(zài)观(guān)测仙女座星系(xì)中的(de)恒(héng)星(xīng)运动。理论上来说，距(jù)离中(zhōng)心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观(guān)测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当中如果没(méi)有足够大的(de)质量来吸(xī)引它们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到(dào)宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会(huì)使(shǐ)用一种相对(duì)标准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们(men)通过(guò)射(shè)电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心(xīn)更远距离(lí)的氢(qīng)元素，发(fā)现它(tā)们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳(yáng)系(xì)也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第(dì)三悬(xuán)臂之(zhī)上，距(jù)离(lí)银河(hé)系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论(lùn)速(sù)度，那么产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很(hěn)可能就是存(cún)在着(zhe)一种(zhǒng)我们看不(bù)到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物质的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一可以解释这个现象的原因。在(zài)一项新的研究(jiū)当(dāng)中，科学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引力(lì)效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学家(jiā)还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河系不多，但(dàn)是(shì)星(xīng)系当(dāng)中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必(bì)须存在(zài)暗物(wù)质，否则就会分崩离(lí)析。但是(shì)科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测(cè)量之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是(shì)可(kě)以用正常的物质和力学定律来解释的。那(nà)么又有人(rén)提出，也许(xǔ)该星系的(de)暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附(fù)近的另一(yī)个大(dà)星(xīng)系(xì)剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它(tā)的(de)附近没有任何星系存(cún)在。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗(àn)物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意(yì)味(wèi)着(zhe)在行星系尺度中的(de)天(tiān)体会沿着它们(men)的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和(hé)星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是(shì)不同的方式。对于在星(xīng)系(xì)团之间的相互作用(yòng)，科学家还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概(gài)念，指的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊的(de)效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立，这意(yì)味着我们需要对(duì)现在(zài)的物理定律(lǜ)进行(xíng)修正(zhèng)，这些发(fā)现(xiàn)也让很多(duō)人认为暗物质假说(shuō)理(lǐ)论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中还有关(guān)于(yú)暗物质存(cún)在的其他的理论(lùn)证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系(xì)团所组成，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们大部分的(de)普通质量都在星系的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气(qì)体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来验证它的(de)质(zhì)量(liàng)区(qū)域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地(dì)看到很(hěn)多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些星系(xì)本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而(ér)是这(zhè)样极(jí)遥远的天(tiān)体和我们地(dì)球(qiú)上的观测(cè)者之间。被一个质量超级(jí)巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量(liàng)的东西(xī)的引力，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的光都发生了(l81的算术平方根是多少，81的算术平方根计算过程e)扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大(dà)质(zhì)量的(de)黑(hēi)洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们(men)对子弹星系团(tuán)观(guān)测的时候，发现它的(de)大质量区域并不是在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是(shì)当(dāng)星团发生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通过了这个(gè)区域，并在两边形成(chéng)了(le)引力(lì)透镜(jìng)。对(duì)子弹星系团的引力(lì)透(tòu)镜研(yán)究也被认为(wèi)是暗物质存(cún)在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年(nián)之后，可(kě)见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了(le)各相同性的微波辐射。其(qí)中(zhōng)红色的部分(fēn)表(biǎo)示(shì)温度较高的区(qū)域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实际上(shàng)它们之(zhī)间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离(lí)后的(de)二值(zhí)图(tú)像进(jìn)行连通(tōng)域(yù)提(tí)取和(hé)标记之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当(dāng)中(zhōng)没(méi)有暗物质(zhì)，图形(xíng)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(dù)会减小，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景(jǐng)辐射(shè)的测量值(zhí)，我(wǒ)们(men)需要的(de)暗物(wù)质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星(xīng)系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论(lùn)框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解(jiě)释了很多不同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们(men)不参与任何其他的电(diàn)磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子(zi)的存在，就(jiù)相当于(yú)找到了暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。这种粒子到(dào)底是(shì)什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十(shí)种(zhǒng)的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些不(bù)同的(de)目标粒子所需要的(de)实验方式也不相同(tóng)。在(zài)过去的(de)几十年当中，人类为了寻(xún)找这(zhè)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(kē)学(xué)家(jiā)们已经进行了超(chāo)过50次(cì)的(de)实(shí)验，却没有(yǒu)任何实质(zhì)性的发(fā)现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验(yàn)室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层(céng)楼高(gāo)的(de)探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过(guò)了(le)20多年的数据(jù)收集(jí)，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的(de)6月(yuè)份81的算术平方根是多少，81的算术平方根计算过程达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且在20年当中(zhōng)每年(nián)都是一样。一些科(kē)学(xué)家认为这(zhè)可(kě)能(néng)是人(rén)类发现(xiàn)暗物(wù)质(zhì)的第(dì)一个直接证据。

但(dàn)是(shì)为(wèi)什么暗物质会(huì)产生周期性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕(rào)着银(yín)河系(xì)进行移(yí)动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我(wǒ)们也在(zài)以这样(yàng)的速度(dù)在(zài)穿越着暗物质流(liú)，这个过(guò)程中会(huì)产生相(xiāng)应的(de)振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的(de)速度(dù)围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半(bàn)年(nián)的时间，地球(qiú)围绕太阳的(de)方(fāng)向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地(dì)球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达(dá)到完全(quán)一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质流最快(kuài)的(de)时(shí)段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对(duì)银(yín)河(hé)系(xì)的平面呈现了60度(dù)的(de)倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为这可以用来(lái)解释，研究(jiū)人员们所观测到(dào)的(de)周(zhōu)期性信号。当然也(yě)可(kě)能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造(zào)成这种年度(dù)周(zhōu)期信号的差(chà)异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连意大利游(yóu)客(kè)的(de)数(shù)量(liàng)也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了一(yī)个几乎(hū)相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前(qián)的实验室正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和(hé)第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相(xiāng)同的信号，就可(kě)以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存(cún)在的非常(cháng)有力的(de)证据了。但是(shì)由(yóu)于(yú)这个实验(yàn)室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还无法(fǎ)提供相应的数据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台新的(de)望(wàng)远镜(jìng)，这台太(tài)空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜(jìng)其(qí)中一(yī)个关键的用途就(jiù)是(shì)探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测(cè)的结(jié)果，我们只能拭目以(yǐ)待了(le)。费米(mǐ)实验室粒子(zi)天(tiān)体物(wù)理(lǐ)中心的科学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们(men)极有可(kě)能(néng)拥(yōng)有另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生命进化的(de)一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物(wù)质会(huì)不会(huì)意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的(de)效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到(dào)暗物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新(xīn)的动力！

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