宇宙是(shì)“人为制造”的？为(wèi)何会存(cún)在科(kē)学无法解(jiě)释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在(zài)的证据，科学家(jiā)们在过(guò)去的(de)几(jǐ)十年当中进行(xíng)了超过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却没(méi)有发现任何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往后的(de)几百年来(lái)，当天文(wén)学(xué)家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有(yǒu)引力定律的时候(hòu)，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的(de)天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄(shè)动它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异(yì)常，推算并且发现了(le)海(hǎi)王星的(de)存在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得(dé)重(zhòng)大(dà)天文成就的例子。但是这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可(kě)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(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学(xué)家弗里茨兹(zī)威基(jī)正(zhèng)在研究和(hé)测量后发星系团的(de)质量。这是(shì)一个由数千个星(xīng)系所组成的巨(jù)大星系团，这些星(xīng)系被(bèi)引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量(liàng)星(xīng)系(xì)团的质(zhì)量(liàng)一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度(dù)学的(de)质(zhì)量"，需(xū)要的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第(dì)二种是动力学(xué)质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量星系(xì)团(tuán)中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学(xué)质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并不以可见(jiàn)光的形(xíng)式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基(jī)发(fā)现星系团中很多星(xīng)系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见(jiàn)星系的质(zhì)量所产生的引力(lì)是无法将(jiāng)它(tā)们束(shù)缚在星(xīng)系(xì)团内的，它们(men)早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了(le)这样部分(fēn)不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质(zhì)量。只是当(dāng)时(shí)的人们对(duì)这样(yàng)的一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再(zài)一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特(tè)在(zài)观测仙女座星系(xì)中的恒(héng)星运动。理论上来(lái)说，距离(lí)中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他们(men)观测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒(héng)星的(de)旋(xuán)转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系(xì)当中如(rú)果没有足(zú)够(gòu)大的(de)质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家们(men)会使用(yòng)一种相对标(biāo)准的(de)方(fāng)法来解释暗(àn)物质(zhì)的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗(àn)物质的力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们(men)的旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛顿的力(lì)学(xué)定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳(yáng)系位于银河系的(de)第三(sān)悬(xuán)臂之上(shàng)，距(jù)离银(yín)河(hé)系中心2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力(lì)定律进行计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么产生(shēng)以上这种向(xiàng)心加速度(dù)的原(yuán)因很可能(néng)就是存(cún)在着一种我们看不到的物(wù)质，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人员开(kāi)始(shǐ)相信(xìn)暗物质(zhì)的存在。科学(xué)家(jiā)根据(jù)星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗(àn)物质(zhì)的质量占(zhàn)整(zhěng)个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯(wéi)一可(kě)以解释这个现象的(de)原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的(de)微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文(wén)学家还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银河系不多，但是(shì)星系当中存(cún)在的(de)恒星数量却只有银河系的千分之(zhī)一(yī)。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学(xué)家们使用(yòng)最先进的(de)望远镜对其进行了(le)40个(gè)小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒(héng)星(xīng)运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律(lǜ)来(lái)解释的(de)。那么(me)又有人提出(chū)，也许(xǔ)该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面(miàn)，引力很(hěn)可能(néng)在不(bù)同(tóng)尺度空间中的工作方式(shì)是不同的(de)，这意(yì)味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照(zhào)我们所理(lǐ)解(jiě)的方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力之(zhī)间的相互作用(yòng)则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科学家(jiā)还(hái)引入了外部场效应的(de)概念，指的(de)是在(zài)数百万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大的质(zhì)量(liàng)之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要(yào)对(duì)现在的物理定律进行修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的(de)理论证据，这(zhè)些理论证(zhèng)据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光(guāng)年的子(zi)弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类(lèi)似(shì)这(zhè)样(yàng)的星团，它们(men)大部分的普通质量都(dōu)在星系的(de)气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温(wēn)度(dù)的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过(guò)什么来验证(zhèng)它(tā)的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照片中(zhōng)我们可以明显地(dì)看(kàn)到很(hěn)多(duō)星系(xì)似(shì)乎(hū)被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些星(xīng)系本身(shēn)并不(bù)是真的(de)被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问(wèn)题，而是这样极(jí)遥远的天体和(hé)我们地(dì)球上的(de)观测者之间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大(dà)的天(tiān)体遮挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东西的引力，会(huì)使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象泰国相当于中国的哪个省，泰国等于中国哪个省就是(shì)引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就(jiù)是当(dāng)星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被(bèi)卡(kǎ)在(zài)了(le)中间，暗物(wù)质则(zé)直接通(tōng)过了这个(gè)区域，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的引力透镜研究也(yě)被认(rèn)为是暗物(wù)质存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据。

除此之(zhī)外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷(lěng)的区域，但(dàn)实际上它们之间的(de)温(wēn)差只有万分之一。

科学(xué)家们通(tōng)过对前景背景分离后的二值(zhí)图(tú)像进行连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗(àn)物质，图形(xíng)看起(qǐ)来(lái)不应该是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的(de)幅(fú)度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射(shè)的(de)测量值，我们需(xū)要的暗物质大约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍。这个数(shù)字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗(àn)物质比例是一(yī)致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好地(dì)解释了(le)很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在(zài)着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒(lì)子的(de)存在(zài)，就相当于找到了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提(tí)出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这些不(bù)同的(de)目标粒子所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在(zài)过去的几十年当中(zhōng)，人(rén)类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物(wù)质相(xiāng)互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次(cì)的实验(yàn)，却没有任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了一个地(dì)方(fāng)，意大利的格(gé)兰(lán)萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地(dì)学实验(yàn)室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三(sān)层楼高的(de)探测器，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学家声称观测到(dào)了某种信(xìn)号(hào)。经(jīng)过(guò)了20多年的数据收集(jí)，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年(nián)的(de)6月份(fèn)达到(dào)峰值(zhí)，然(rán)后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年当中每年都是(shì)一样。一(yī)些科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个直接(jiē)证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年(nián)度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河(hé)系进行移动，那么如(rú)果暗物质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味(wèi)着我们也在以(yǐ)这样的速(sù)度在(zài)穿越着暗(àn)物质流，这个(gè)过程中(zhōng泰国相当于中国的哪个省，泰国等于中国哪个省)会产生相应(yīng)的(de)振荡，同时(shí)地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有(yǒu)半(bàn)年的时(shí)间(jiān)，地(dì)球围绕(rào)太(tài)阳(yáng)的方(fāng)向与太阳环(huán)绕银河(hé)系的方向是(shì)一(yī)致(zhì)的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢(màn)值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相(xiāng)对银河系的平面(miàn)呈(chéng)现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不(bù)影响这(zhè)个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解(jiě)释(shì)，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符合(hé)这(zhè)个(gè)周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同(tóng)的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验(yàn)室正好相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿(chuān)过(guò)暗物质流的运动特(tè)征和(hé)第一(yī)个实验室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里可以得到(dào)相同的信(xìn)号，就可以成(chéng)为暗物质(zhì)所(suǒ)存在(zài)的(de)非(fēi)常有力(lì)的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发(fā)射一(yī)台新的望远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它(tā)的宽视场仪(yí)器提供的(de)视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关键的(de)用(yòng)途就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们(men)只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天(tiān)体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它(tā)们极有可(kě)能拥有另一种神(shén)秘(mì)的效(xiào)应，这种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说(shuō)是生(shēng)命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得(dé)到进一步(bù)的证实，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质会不(bù)会意(yì)味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到底存(cún)不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点(diǎn)赞，你的(de)支持是我更新的动力！

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