宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在的证据(jù)，科(kē)学家们在过(guò)去的几十年当中进行了超过50次的(de)长(zhǎng)期实验，但是却没(méi)有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证据。除(chú)了(le)一个地方，在(zài)1687年(nián)出(chū)版(bǎn)的自然哲学数学原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了万有引力(lì)定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的(de)规律(lǜ)。往后的几(jǐ)百(bǎi)年(nián)来(lái)，当天文(wén)学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道(dào)出现异常(cháng)，不符合万有引(yǐn)力定(dìng)律的时(shí)候，他(tā)们就会(huì)知道(dào)，周围(wéi)一(yī)定有未知(zhī)的(de)天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通过(guò)天(tiān)王星运(yùn)行(xíng)轨道(dào)的异常(cháng)，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是应用万(wàn)有引力(lì)定律所取得重大(dà)天(tiān)文成就的(de)例子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究和测量后发星(xīng)系团的质(zhì)量(liàng)。这是一(yī)个由(yóu)数千(qiān)个星系所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团(tuán)的质量(liàng)一般会(huì)使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种方(fāng)法结果一致，就可(kě)以确(què)定其质量的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的(de)数据是(shì)测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团(tuán)中的各个星系相对于星系团的(de)运动(dòng)速度(dù)。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系(xì)团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的(de)质量(liàng)并不以可见光的(de)形式(shì)所存(cún)在(zài)，我们无法看到。最诡异(yì)的(de)是，在测量(liàng)速(sù)度的过程(chéng)中，兹威基(jī)发现星系团中很(hěn)多星系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星(xīng)系的质(zhì)量所产生的(de)引(yǐn)力是(shì)无法(fǎ)将它们束缚在星系(xì)团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系团之外了(le)，除(chú)非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力(lì)量来源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提出(chū)了这(zhè)样部分不可见的暗(àn)质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝(jué)大部(bù)分的质量。只是当时的人们对这样(yàng)的(de)一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词才再(zài)一次(cì)出现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙(xiān)女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在(zài)其轨道上的(de)运行(xíng)速度就(jiù)会(huì)越慢(màn)。但是(shì)他们观(guān)测的(de)结果却(què)让人感到(dào)不可思议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距(jù)离的增加，恒(héng)星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星(xīng)系当中(zhōng)如(rú)果没有(yǒu)足够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒(héng)星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这(zhè)种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用一种相(xiāng)对标准的(de)方法来解释暗(àn)物(wù)质的存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星系当中气(qì)体在X轴上距(jù)离星系中心(xīn)的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果(guǒ)出(chū)现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜(jìng)测量(liàng)了距离星系中(zhōng)心(xīn)更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛顿的力学(xué)定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也(yě)不例外，太(tài)阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系(xì)中心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万有(yǒu)引力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳系的(de)运(yùn)行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远(yuǎn)远大于(yú)理论速度(dù)，那(nà)么产生以上这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的(de)原因很可能就是(shì)存(cún)在着(zhe)一(yī)种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应(yīng)将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多(duō)的研究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系(xì)外恒星(xīng)轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星(xīng)系(xì)质量的(de)85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是唯一可(kě)以解(jiě)释(shì)这个现象的原(yuán)因(yīn)。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速(sù)度上的微(wēi)小差异。另外，天文(wén)学(xué)家还(hái)发现了一个反常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离(lí)地(dì)球大(dà)约2.5亿光年，大小和(hé)银河系(xì)不(bù)多，但是星(xīng)系当中存在(zài)的(de)恒星数量却只有(yǒu)银河(hé)系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量(liàng)之后，发现星系中的(de)恒星运动是可以用正常(cháng)的物质(zhì)和(hé)力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，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(de)假(jiǎ)说(shuō)之(zhī)外，另一种可能就是人类(lèi)对引力的理解还不够全面(miàn)，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式是(shì)不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度(dù)中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到(dào)星(xīng)系和(hé)星团(tuán)的尺(chǐ)度(dù)，引力之间的相互作用则是(shì)不同(tóng)的(de)方式。对于在星系团之间的(de)相互作用(yòng)，科学家还引入了(le)外部(bù)场(chǎng)效应(yīng)的(de)概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上，巨大(dà)的(de)质(zhì)量之间会产生对(duì)彼此特殊的效(xiào)果(guǒ)，这个(gè)理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我(wǒ)们需要对现(xiàn)在的物理定律进(jìn)行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物(wù)质存在(zài)的其他(tā)的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质(zhì)量(liàng)都(dōu)在(zài)星(xīng)系(xì)的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，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。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星(x张继是什么朝代的诗人怎么读，张继是什么朝代的诗人啊īng)系团大部分的质量(liàng)将位(wèi)于所有(yǒu)这些(xiē)气体所在的中间区域。那(nà)么我们通过什么来(lái)验证(zhèng)它的质量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可(kě)以(yǐ)明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本(běn)身并不(bù)是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和(hé)我(wǒ)们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量的东西(xī)的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就(jiù)是引力透镜(jìng)效应。这个巨(jù)大(dà)的天(tiān)体可(kě)能(néng)是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子(zi)弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量区(qū)域(yù)并(bìng)不(bù)是(shì)在(zài)中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部(bù)的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到的质(zhì)量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并(bìng)在两边(biān)形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质(zhì)存在的迄今为(wèi)止最好的(de)理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对较冷(lěng)的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前(qián)景背(bèi)景分(fēn)离后(hòu)的(de)二值(zhí)图像进行连通(tōng)域提取和标记(jì)之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该(gāi)是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐(fú)射的测量值，我(wǒ)们需要的(de)暗物(wù)质大(dà)约是(shì)普通(tōng)物(wù)质的(de)5倍。这(zhè)个数字(zì)与(yǔ)解释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单(dān)的理(lǐ)论(lùn)框(kuāng)架，就(jiù)很(hěn)好地解释了很多不同的观测(cè)结果。而暗物质(zhì)的本(běn)质就是宇宙当中(zhōng)存(cún)在着某种类型的粒子，它(tā)们不参(cān)与任何其他的(de)电磁作用(yòng)，只通过引力来相互(hù)作(zuò)用(yòng)。所以如果能够(gòu)找到这种粒子的存(cún)在，就(jiù)相(xiāng)当于找到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们(men)已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所(suǒ)需(xū)要(yào)的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年(nián)当(dāng)中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进(jìn)行(xíng)了超过50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大(dà)利(lì)的(de)格兰萨索山(shān)，隶(lì)属于(yú)阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大(dà)的(de)地(dì)学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一(yī)个三(sān)层楼高(gāo)的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集(jí)，人们(men)发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月(yuè)降(jiàng)到最低(dī)，而(ér)且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科(kē)学家(jiā)认为(wèi)这可能是人类发现暗(àn)物质的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性的年(nián)度信(xìn)号(hào)呢？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着银(yín)河系进行移(yí)动，那(nà)么(me)如果(guǒ)暗物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)，这意(yì)味着(zhe)我们也在以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿越着暗(àn)物质流，这(zhè)个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳的(de)方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是(shì)一致(zhì)的(de)，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月(yuè)份的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的(de)方(fāng)向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质(zhì)流最快的(de)时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释(shì)，研究人员(yuán)们(men)所观测(cè)到(dào)的周期性信号(hào)。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意(yì)大(dà)利游客的数量(liàng)也符(fú)合这个(gè)周期的规(guī)律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立了一(yī)个几乎(hū)相同的实验(yàn)室，这里的季节与之前(qián)的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里可以得到相(xiāng)同的(de)信号(hào)，就可以成为暗物质所(suǒ)存在(zài)的非常(cháng)有力(lì)的证(zhèng)据了(le)。但是由于这个(gè)实(shí)验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南(nán)希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它(tā)的宽(kuān)视(shì)场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就(jiù)是探索暗物质背后的(de)奥(ào)秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天(tiān)体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进(jìn)化的一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这(zhè)一(yī)理论得到进一步的证实，那么(me)遍布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正在通(tōng)过这(zhè)样的效应创造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推(tuī)论的(de)大(dà)前提是要先找到暗物质存(cún)在的(de)实际证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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