宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科(kē)学(xué)无法解(jiě)释的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质(zhì)又(yòu)究(jiū)竟是(shì)什么？人类为(wèi)了寻找暗物(wù)质存在的证(zhèng)据，科(kē)学家(jiā)们在过去的几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是(shì)却没有发现任何(hé)的有效证(zhèng)据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学(xué)数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的(de)几(jǐ)百年(nián)来(lái)，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道(dào)出现异常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他(tā)们就会知(zhī)道，周围一定有未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄(shè)动它的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算并且发(fā)现了(le)海王星(xīng)的(de)存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的(de)发现都是应(yīng)用万(wàn)有引力(lì)定律所取得重大(dà)天文成就的(de)例子。但是这些发现都是在恒星系统的(de)尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们(men)上升到星(xīng)系或者(zhě)是星团的尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测(cè)量后(hòu)发(fā)星系团的质量。这是(shì)一(yī)个(gè)由(yóu)数千个(gè)星(xīng)系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被(bèi)引力束(shù)缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系(xì)团(tuán)的质(zhì)量一般(bān)会使(shǐ)用到两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法结(jié)果(guǒ)一致，就可以确(què)定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的(de)数据是测量各个星系的光度。

第(dì)二(èr)种是动力学质量(liàng)的计(jì)算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测量(liàng)星系团中的各(gè)个星系(xì)相对于(yú)星(xīng)系团的运动速度。当(dāng)测(cè)量结果(guǒ)出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所(suǒ)存在，我们(men)无法看到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在(zài)测(cè)量速度的过程中，兹威(wēi)基发(fā)现星系团中很多星系的速度(dù)比(bǐ)理(lǐ)论上(shàng)要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们(men)早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作(zuò)用，这(zhè)种力量来源于(yú)某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发(fā)散光、吸光、反射(shè)光，但是它们(men)却占(zhàn)据着宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的质量。只是当(dāng)时的人们对这样(yàng)的(de)一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特(tè)在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人(rén)感(gǎn)到(dào)不(bù)可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没(méi)有(yǒu)足够大的质(zhì)量(liàng)来(lái)吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基(jī)于这(zhè)种现象，科学(xué)家们会使用一种相对标准的方(fāng)法来(lái)解释暗物质(zhì)的存(cún)在，这(zhè)种方法就是测(cè)量星系当中气体在(zài)X轴上距(jù)离星(xīng)系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果(guǒ)出(chū)现(xiàn)异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是(shì)科学家们(men)通(tōng)过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋(xuán)转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于(yú)银河系的(de)第(dì)三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银(yín)河系(xì)旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论(lùn)速(sù)度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因(yīn)很可能就(jiù)是存(cún)在着一种我们(men)看不(bù)到的物(wù)质，是(shì)这(zhè)些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研究人(rén)员开(kāi)始相信暗物质(zhì)的存(cún)在。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒(héng)星轨道的(de)速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量(liàng)的(de)85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不(bù)是唯一可(kě)以解(jiě)释(shì)这(zhè)个(gè)现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会出现速度上的(de)微小差异。另外，天文学(xué)家还发(fā)现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114选择复句例子十个，选择复句例子5个905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银河系(xì)不多(duō)，但(dàn)是(shì)星系(xì)当中(zhōng)存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的(de)千分(fēn)之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存(cún)在(zài)暗(àn)物质，否则就会分崩(bēng)离(lí)析(xī)。但是科学(xué)家们使用(yòng)最先进的(de)望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发(fā)现星系中的恒星(xīng)运动是(shì)可以用正常的物质和力(lì)学定律来解释(shì)的。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是(shì)，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这(zhè)些现象的除了(le)暗物质(zhì)的假说之(zhī)外，另(lìng)一种可(kě)能就(jiù)是人(rén)类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力(lì)很可能在不(bù)同尺度(dù)空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天(tiān)体(tǐ)会(huì)沿着它们的轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的方式运动(dòng)。但是上升到星系和(hé)星团(tuán)的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则(zé)是不(bù)同的方式。对于在星(xīng)系团(tuán)之间的相(xiāng)互作用，科(kē)学(xué)家还引入(rù)了(le)外部场效应的(de)概念，指的是在(zài)数(shù)百万光年(nián)的规(guī)模上，巨大的质(zhì)量(liàng)之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这(zhè)意(yì)味着我们需要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就(jiù)此(cǐ)终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关(guān)于(yú)暗(àn)物质存在的(de)其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类(lèi)似(shì)这样的星团，它们大部分的(de)普通质量都在星系的(de)气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际气(qì)体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅(fú)降低。所以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系(xì)团大部(bù)分的质量将(jiāng)位于(yú)所有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那(nà)么我们通过什么来验证它的(de)质(zhì)量区域到(dào)底是不是集(jí)中在(zài)中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看(kàn)到很(hěn)多星系(xì)似乎被拉伸(shēn)产生了(le)巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯(bó)望远镜出了(le)什么问(wèn)题(tí)，而(ér)是(shì)这样极遥远的天体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨(jù)大的天(tiān)体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的天(tiān)体(tǐ)可能(néng)是超大(dà)质量的黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对(duì)子(zi)弹星(xīng)系团观测的时(shí)候，发现它的大质量区域并(bìng)不是在中间(jiān)，而是在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解(jiě)释方法就(jiù)是(shì)当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气(qì)体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物(wù)质则直接通(tōng)过(guò)了这个(gè)区域，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力(lì)透镜研(yán)究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今(jīn)为止最(zuì)好(hǎo)的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后(hòu)，可(kě)见光终于可(kě)以(yǐ)畅(chàng)通(tōng)无(wú)阻地穿越(yuè)在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年(nián)之(zhī)后，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了(le)各相同性的(de)微(wēi)波辐射。其中红色(sè)的部分表示温度较(jiào)高的(de)区域，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷(lěng)的(de)区域，但实际(jì)上它们之间(jiān)的温差只有万(wàn)分之一。

科(kē)学家(jiā)们通过对(duì)前(qián)景背(bèi)景分(fēn)离后的二(èr)值图像进行(xíng)连通域提取和(hé)标记之后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来不应该是(shì)这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射(shè)的测(cè)量值，我们需要(yào)的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在(zài)，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科学(xué)家(jiā)们已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标(biāo)粒子所需要(yào)的实验方式也不(bù)相同。在过去的(de)几十年当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不会(huì)与常规物质(zhì)相(xiāng)互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们(men)已经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任(rèn)何(hé)实质(zhì)性的发现(xiàn)，除了(le)一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着(zhe)地球上(shàng)最(zuì)大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一(yī)个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒(lì)子的(de)周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里的科(kē)学(xué)家声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多年(nián)的(de)数据收(shōu)集，人们(men)发现(xiàn)了(le)一个有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会(huì)在(zài)每年的6月(yuè)份(fèn)达到(dào)峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学(xué)家认为这可能是人(rén)类发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为(wèi)什么暗物(wù)质会产生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕着银(yín)河系进(jìn)行移(yí)动，那(nà)么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应(yīng)的振荡(dàng)，同时(shí)地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的(de)速度围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转。所以有半年(nián)的时间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与(yǔ)太(tài)阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是(shì)这并不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的(de)有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观(guān)测到(dào)的周期性信(xìn)号。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意(yì)大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在南(nán)半球建立了一个几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这里的季节与(yǔ)之(zhī)前的实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个(gè)实(shí)验室是一样的(de)。

因此，如果在(zài)这里(lǐ)可(kě)以得到相(xiāng)同的(de)信号，就可以成为暗物(wù)质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至(zhì)目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新的(de)望远镜(jìng)，这台(tái)太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途(tú)就(jiù)是探(tàn)索暗物质背后(hòu)的(de)奥秘，对于(yú)探(tàn)测(cè)的结果，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室(shì)粒子天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一理论得到(dào)进一(yī)步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样(yàng)的效(xiào)应创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些推论(lùn)的(de)大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底(dǐ)存(cún)不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的(de)支持是我(wǒ)更新的动力！

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