宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存(cún)在科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是什(shén)么？人类为了(le)寻找暗物质(zhì)存在的(de)证据，科学家们在(zài)过去(qù)的(de)几十年当中进(jìn)行(xíng)了超(chāo)过50次(cì)的长期实验，但(dàn)是却没有发现任(rèn)何的有效证(zhèng)据。除了(le)一个地(dì)方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后(hòu)的几百年来(lái)，当天(tiān)文学(xué)家(jiā)们发现(xiàn)某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定律(lǜ)的时(shí)候，他(tā)们(men)就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力在(zài)摄动它(tā)的轨(guǐ)道(dào)。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就通过天王(wáng)星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发现都是应(yīng)用万有(yǒu)引力定律所取得重大天文(wén)成就的例子。但是(shì)这些(xiē)发现都是(shì)在恒星系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们(men)上(shàng)升到(dào)星(xīng)系(xì)或者(zhě)是星团的尺度，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究和测(cè)量后发(fā)星(xīng)系团的质量。这(zhè)是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨(jù)大(dà)星系团(tuán)，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测(cè)量星(xīng)系团的质量一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定(dìng)其质(zhì)量(liàng)的(de)范围(wéi)。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要(yào)的(de)数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种是(shì)动(dòng)力学(xué)质(zhì)量(liàng)的计(jì)算，是利用(yòng)光谱红(hóng)移测(cè)量星系团(tuán)中的各个星(xīng)系相对(duì)于星系(xì)团的(de)运(yùn)动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所(suǒ)存在(zài)，我们无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速度的(de)过(guò)程中，兹(zī)威基(jī)发(fā)现星系团中(zhōng)很多星系的(de)速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星(xīng)系的质量(liàng)所产(chǎn)生(shēng)的引力(lì)是无法(fǎ)将它(tā)们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应(yīng)该(gāi)被(bèi)抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘的(de)力量在起作(zuò)用，这种力量来源(yuán)于(yú)某(mǒu)种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出(chū)了(le)这样部分(fēn)不(bù)可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们(men)却(què)占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的(de)人们对这样的(de)一(yī)种(zhǒng)说(shuō)法不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特(tè)在观测仙女座星(xīng)系(xì)中的恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来(lái)说，距离中心(xīn)越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道(dào)上(shàng)的运行(xíng)速(sù)度就会越慢。但是他们(men)观测的(de)结果却让人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随(suí)着与中心(xīn)距离的增加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度(dù)几乎(hū)保持(chí)不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系(xì)当(dāng)中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗(àn)物质的(de)存(cún)在，这种方法就(jiù)是测量星系(xì)当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距(jù)离(lí)星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过(guò)射(shè)电望远镜(jìng)测量了距(jù)离(lí)星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发(fā)现它们(men)的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合(hé)牛(niú)顿的(de)力学(xué)定律。我们的(de)太阳系也49是质数还是合数为什么是奇数，49是质数还是合数为什么不是奇数不例外(wài)，太阳系位(wèi)于(yú)银(yín)河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河(hé)系中心(xīn)2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进(jìn)行计(jì)算，太(tài)阳(yáng)系的运(yùn)行速度应(yīng)该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系(xì)旋转，这个(gè)实际(jì)速度(dù)远远大于(yú)理论速(sù)度，那(nà)么产生以上这种向心(xīn)加(jiā)速度的(de)原因很可能就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我(wǒ)们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了(le)一(yī)起。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越(yuè)多的研究人员开(kāi)始相信暗(àn)物质(zhì)的存在。科学(xué)家根据星(xīng)系外(wài)恒(héng)星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯一可以解(jiě)释这个现象(xiàng)的(de)原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出(chū)现速度上(shàng)的微小差异。另外(wài)，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银河(hé)系不(bù)多，但是星系当(dāng)中存在(zài)的恒星(xīng)数量却只有银(yín)河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使(shǐ)用最先进(jìn)的望(wàng)远镜对其进(jìn)行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以(yǐ)用正(zhèng)常(cháng)的物质和力学定(dìng)律来解释的(de)。那(nà)么又有人提出49是质数还是合数为什么是奇数，49是质数还是合数为什么不是奇数(chū)，也许该星系的暗物(wù)质(zhì)，已(yǐ)经被附近(jìn)的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的(de)是(shì)，它的附近(jìn)没有任何星(xīng)系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能(néng)就是人类对引力的理解还不够全(quán)面，引力很(hěn)可(kě)能在不(bù)同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体会(huì)沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团(tuán)的(de)尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式(shì)。对于在星系(xì)团之间(jiān)的相互(hù)作用，科学家还引入了(le)外部场效(xiào)应的(de)概念，指的是在数百万光年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质量之间(jiān)会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对现(xiàn)在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关(guān)于暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿(yì)光(guāng)年(nián)的子(zi)弹星系团(tuán)，由(yóu)两个(gè)碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部分的(de)普(pǔ)通(tōng)质量都在(zài)星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在(zài)理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可以明显(xiǎn)地(dì)看到很多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸(shēn)产生(shēng)了(le)巨大的形变。其实这(zhè)些(xiē)星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了(le)什么(me)问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地球上的(de)观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个(gè)现象就是(shì)引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超大(dà)质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对子弹星(xīng)系团观测的时(shí)候，发现它的大质量区域(yù)并(bìng)不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了(le)中间(jiān)，暗物质则直接(jiē)通过了这(zhè)个区域，并在两边形(xíng)成(chéng)了(le)引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的(de)光(guāng)。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中了(le)。经过(guò)了130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留下了(le)各(gè)相同性的微波辐(fú)射(shè)。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝(lán)色(sè)则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温(wēn)差只有万分(fēn)之一。

科学家们(men)通过对(duì)前景背景分离后的(de)二值图(tú)像进行连(lián)通域提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的(de)幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波背景辐(fú)射(shè)的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星(xīng)系当中恒星(xīng)运(yùn)动所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一(yī)个简单的理论(lùn)框架，就很好地解释了很(hěn)多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不(bù)参(cān)与任何(hé)其他的电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互(hù)作用。所以如果(guǒ)能(néng)够找到这种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻(xún)找这些不同的目(mù)标粒子(zi)所需(xū)要的实(shí)验方(fāng)式(shì)也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互(hù)作(zuò)用的“暗物质”，科(kē)学家们已(yǐ)经(jīng)进行(xíng)了超(chāo)过(guò)50次的实验，却没有任何(hé)实质性的(de)发现，除(chú)了一个地(dì)方，意大(dà)利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最大的(de)地(dì)学(xué)实验室，这个实验(yàn)室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过(guò)了(le)20多(duō)年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份(fèn)49是质数还是合数为什么是奇数，49是质数还是合数为什么不是奇数达(dá)到峰值，然后在11月(yuè)降到最低(dī)，而(ér)且在20年当(dāng)中每年都是一(yī)样(yàng)。一些科学(xué)家认为这可(kě)能是人类发现暗物(wù)质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗物(wù)质会产(chǎn)生周期性的年(nián)度(dù)信号(hào)呢？刚(gāng)才我们(men)讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味着我们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物质流(liú)，这个(gè)过程(chéng)中会(huì)产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银(yín)河系的方向是一致的(de)，而另外半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向(xiàng)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(liú)最快的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到(dào)了(le)最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系相对银(yín)河系的平(píng)面呈现了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家(jiā)认为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所观(guān)测(cè)到的(de)周期性(xìng)信号(hào)。当(dāng)然(rán)也可能有其(qí)他的情况，造(zào)成这(zhè)种年度周期信号(hào)的差(chà)异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高山上的(de)积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了(le)一个几乎(hū)相同的实验室(shì)，这里的季节与之(zhī)前的实验(yàn)室正好相反，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一个(gè)实(shí)验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到(dào)相同的信号(hào)，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证据(jù)了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截至目前还(hái)无法(fǎ)提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远镜叫(jiào)做(zuò)“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视(shì)野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键的用(yòng)途(tú)就是探索暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实(shí)验(yàn)室粒子天体(tǐ)物(wù)理中心的科学(xué)家丹(dān)琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研(yán)究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们(men)极有可(kě)能(néng)拥有另一种神秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的诞(dàn)生(shēng)，或(huò)者说是生命(mìng)进化的(de)一个重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步(bù)的证实(shí)，那么(me)遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过(guò)这样的效应创造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持(chí)是我更新的动力(lì)！

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