宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为(wèi)了寻(xún)找暗物质存(cún)在的证(zhèng)据(jù)，科学家们(men)在过(guò)去的几十(shí)年当中(zhōng)进(jìn)行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发现任(rèn)何(hé)的有(yǒu)效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的(de)自(zì)然哲(zhé)学数(shù)学原(yuán)理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当(dāng)天(tiān)文学家(jiā)们发现某(mǒu)些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们(men)就会知道，周围一定有未知的(de)天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了(le)海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力定律所取得重大(dà)天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团(tuán)的(de)尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究(jiū)和测(cè)量后(hòu)发(fā)星系团(tuán)的质(zhì)量。这是一个由(yóu)数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系(xì)团的(de)质(zhì)量(liàng)一般(bān)会(huì)使用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种方法(fǎ)结(jié)果(guǒ)一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系(xì)的光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学质量的计算，是(shì)利用(yòng)光谱红移(yí)测量星系团中的各个星系(xì)相对(duì)于星系团的运动速度。当测量结果出来(lái)之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失(shī)了(le)，或(huò)者说这99%的(de)质量并不以可见光的(de)形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是(shì)，在测(cè)量(liàng)速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团(tuán)中很多星系(xì)的速度比理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星(xīng)系的质量(liàng)所产生的(de)引力是无法将它们束(shù)缚(fù)在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之外(wài)了(le)，除非有一(yī)种神秘(mì)的(de)力量在起作(zuò)用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样部分不可见(jiàn)的(de)暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大(dà)部分(fēn)的质(zhì)量。只是当时的(de)人们对这(zhè)样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现(xiàn)。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观(guān)测仙女座星(xīng)系(xì)中的恒星(xīng)运动。理论上来(lái)说，距(jù)离中心越远的恒(héng)星在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行(xíng)速(sù)度就会越慢。但是他们观测的(de)结果却让人感(gǎn)到(dào)不(bù)可思议。

随着与中心距(jù)离(lí)的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根(gēn)据牛(niú)顿的(de)万有引力(lì)定律，在(zài)星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外(wài)围的恒星(xīng)早就(jiù)被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现(xiàn)象，科(kē)学家们会使用(yòng)一种相对标准的(de)方法来解释(shì)暗物质的存在萍乡市是哪个省，萍乡市是哪个省的城市，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量星(xīng)系当中气(qì)体在X轴上距离(lí)星系中(zhōng)心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗物质(zhì)的力量进入其中(zhōng)。

于是(shì)科(kē)学家们通过射电望(wàng)远镜测量(liàng)了距离星(xīng)系中心更(gèng)远距离(lí)的(de)氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系(xì)也(yě)不例外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引力(lì)定(dìng)律进行计算，太(tài)阳(yáng)系的(de)运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个实际速度远远(yuǎn)大于理论速(sù)度，那么产生以(yǐ)上这(zhè)种(zhǒng)向心(xīn)加速度的(de)原因(yīn)很可能就是存(cún)在着一(yī)种(zhǒng)我们(men)看不到(dào)的(de)物质，是(shì)这些暗物质(zhì)的引(yǐn)力效应将星系(xì)聚(jù)集(jí)在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学(xué)家根(gēn)据(jù)星(xīng)系(xì)外恒(héng)星轨道(dào)的速度，估算在星(xīng)系(xì)当中暗(àn)物质(zhì)的质(zhì)量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯(wéi)一可以解释这(zhè)个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家(jiā)们(men)发现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应的遥远恒星之(zhī)间，也会(huì)出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一(yī)个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大(dà)小和银(yín)河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在(zài)理(lǐ)论(lùn)上，该星系必须存在(zài)暗(àn)物质，否则就会分崩离(lí)析。但(dàn)是科学(xué)家们使用最(zuì)先(xiān)进的望(wàng)远镜对(duì)其进行了(le)40个(gè)小(xiǎo)时(shí)的详(xiáng)细测量之后，发(fā)现(xiàn)星系中的(de)恒(héng)星运动是可以用正(zhèng)常的(de)物质和力学定律来解释的。那么(me)又(yòu)有(yǒu)人(rén)提出，也许该(gāi)星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个(gè)大(dà)星系剥离(lí)了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星系(xì)存(cún)在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一(yī)种可(kě)能就(jiù)是人类对引力(lì)的(de)理解(jiě)还不够全面，引力(lì)很可能在不(bù)同尺度(dù)空间中的工(gōng)作(zuò)方式(shì)是(shì)不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的(de)方式(shì)。对于在星系(xì)团(tuán)之(zhī)间的相互(hù)作用，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规(guī)模上，巨大的质量之(zhī)间会产(chǎn)生对(duì)彼此特殊的效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着(zhe)我们需要对现(xiàn)在的(de)物(wù)理定(dìng)律进(jìn)行修(xiū)正，这些发现也让(ràng)很(hěn)多人认为暗(àn)物质假说理论就(jiù)此终(zhōng)结(jié)。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年(nián)的(de)子弹星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的(de)星(xīng)系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们大(dà)部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会(huì)导致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团大部分的质量将位于所有这些气体(tǐ)所(suǒ)在的(de)中间区(qū)域。那(nà)么我们(men)通过(guò)什么(me)来验证(zhèng)它(tā)的质量区域(yù)到底是不(bù)是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传(chuán)回(huí)了宇宙当中第一(yī)张全彩的(de)高清照片(piàn)，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们(men)地球上的观测者之间。被一(yī)个质量超(chāo)级(jí)巨(jù)大的天体遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量(liàng)的东西(xī)的引力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星系(xì)的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个巨大(dà)的天(tiān)体可(kě)能是(shì)超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当(dāng)人(rén)们对子弹星(xīng)系团观(guān)测的时候，发现它的(de)大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的解(jiě)释(shì)方法(fǎ)就是(shì)当星团(tuán)发生全部的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观(guān)测到的质量气体被卡在了(le)中间，暗(àn)物质则直(zhí)接通(tōng)过了(le)这(zhè)个区域(yù)，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团的(de)引力透(tòu)镜研(yán)究也被(bèi)认为是暗(àn)物质存在(zài)的迄今为止最好(hǎo)的(de)理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来(lái)自(zì)宇宙(zhòu)当中最古老的(de)光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景上留下了各(gè)相同(tóng)性的微(wēi)波辐射(shè)。其(qí)中红色的部分(fēn)表示(shì)温度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际(jì)上它们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科(kē)学家们通过对前景背(bèi)景(jǐng)分(fēn)离(lí)后的二值图像进行连(lián)通域提(tí)取和标记之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图(tú)形看起(qǐ)来(lái)不应该(gāi)是这(zhè)样的(de)，而随着(zhe)暗物质的增加，一(yī)些峰(fēng)值的(de)幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的(de)测量值(zhí)，我们需(xū)要(yào)的暗物质大约(yuē)是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字与解(jiě)释星系当中(zhōng)恒星运(yùn)动所需(xū)要的暗物(wù)质比(bǐ)例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一(yī)个简单的理论框(kuāng)架(jià)，就很好地解释(shì)了很多不同的观(guān)测(cè)结(jié)果。而暗物质的本(běn)质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存(cún)在着某(mǒu)种类型(xíng)的粒子，它们不参(cān)与任(rèn)何其他的电磁(cí)作(zuò)用，只(zhǐ)通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)的存(cún)在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们(men)已经提出了(le)数(shù)十种的(de)假想目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒(lì)子所(suǒ)需要的实验方(fāng)式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家们已(yǐ)经(jīng)进(jìn)行了超过(guò)50次的实验，却没有任何(hé)实质性的发现，除(chú)了一个地方，意大利(lì)的格(gé)兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的(de)地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的(de)地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层(céng)楼高(gāo)的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗(àn)物质粒(lì)子(zi)的(de)周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的(de)科学家(jiā)声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最低，而(ér)且在20年当(dāng)中每年都是一(yī)样。一(yī)些科学家认(rèn)为这可(kě)能是人(rén)类发现(xiàn)暗物(wù)质的(de)第一个直接证据。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才(cái)我们(men)讲了太阳系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕着银河(hé)系进行移动，那么如(rú)果暗(àn)物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着(zhe)我们也在(zài)以这样的(de)速(sù)度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半(bàn)年的时间，地(dì)球围绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕银河系(xì)的方向是一致(zhì)的，而另外(wài)半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方(fāng)向正(zhèng)好达到完全一致(zhì)，这(zhè)是理论上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份(f萍乡市是哪个省，萍乡市是哪个省的城市èn)，又(yòu)恰(qià)好(hǎo)达到(dào)了(le)最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学家认为(wèi)这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研究人(rén)员们(men)所(suǒ)观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其(qí)他(tā)的(de)情况，造成这(zhè)种年度(dù)周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大利(lì)游客(kè)的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的(de)季节与之前的实验室(shì)正好相反，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过(guò)暗(àn)物质流的运动特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在的(de)非常有力的证据了。但是(shì)由于这个实(shí)验室刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所以截至目(mù)前还(hái)无(wú)法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但(dàn)它的(de)宽(kuān)视(shì)场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其(qí)中(zhōng)一(yī)个关键(jiàn)的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘(mì)，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天体物理(lǐ)中心的科(kē)学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或(huò)者(zhě)说(shuō)是生命进化的(de)一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味(wèi)着(zhe)人类(lèi)并(bìng)不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落(luò)的行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在(zài)通过这(zhè)样的效应创(chuàng)造(zào)生命(mìng)。当然，这些推论的大前提(tí)是要(yào)先找(zhǎo)到暗物质存在的(de)实(shí)际(jì)证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持是我更新(xīn)的动力！

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