宇宙是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会存(cún)在科学(xué)无(wú)法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的几十年(nián)当中进行了(le)超过(guò)50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是(shì)却(què)没(méi)有发现任何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学(xué)数(shù)学(xué)原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示(shì)了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)天体运(yùn)动的(de)规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来(lái)，当天文学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不(bù)符合万有引力定律的时(shí)候，他们就(jiù)会知道，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的(de)天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过(guò)天王星运行(xíng)轨道的(de)异常，推算(suàn)并且发现了海王星的(de)存(cún)在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)所(suǒ)取(qǔ)得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是(shì)星团(tuán)的尺度(dù)，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究(jiū)和测(cè)量后发星(xīng)系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成的(de)巨大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测(cè)量星系团(tuán)的质(zhì)量一(yī)般会使(shǐ)用到两种方(fāng)法(fǎ)，当(dāng)两种(zhǒng)方法(fǎ)结(jié)果一致(zhì)，就可(kě)以确定其(qí)质(zhì)量(liàng)的范(fàn)围(wéi)。

第一(yī)种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团中(zhōng)的各(gè)个星系相对于星(xīng)系(xì)团(tuán)的运动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可(kě)见光的(de)形式所存在，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异(yì)的是，在(zài)测量速度的(de)过程(chéng)中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星(xīng)系(xì)的质量(liàng)所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团(tuán)之外(wài)了，除非(fēi)有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的力量在起作(zuò)用，这种力(lì)量来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分(fēn)不可(kě)见的暗质(zhì)，它不(bù)发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是(shì)当时的人们对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这(zhè)个(gè)词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒(héng)星运动(dòng)。理论(lùn)上(shàng)来(lái)说，距离(lí)中心越远的恒星在(zài)其(qí)轨道(dào)上(shàng)的运(yùn)行速度就会(huì)越慢。但是他们观测的(de)结果却让人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据(jù)牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力定律，在星系当(dāng)中(zhōng)如(rú)果没有足够大的质量来吸引它们(men)，这(zhè)些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这(zhè)种现象，科(kē)学家(jiā)们(men)会使用一种相对(duì)标(biāo)准的(de)方(fāng)法来解释暗物(wù)质的存(cún)在，这种方法就是(shì)测量(liàng)星系当中气(qì)体在(zài)X轴(zhóu)上距(jù)离星系(xì)中心的(de)距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于(yú)是科(kē)学(xué)家们通过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量(liàng)了距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不(bù)例外(wài)，太(tài)阳(yáng)系(xì)位于(yú)银河(hé)系的第三(sān)悬臂之上，距(jù)离银(yín)河(hé)系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据(jù)万有引力(lì)定律进(jìn)行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么(me)产生以上(shàng)这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的原因很可能就是(shì)存在着(zhe)一种我们(men)看不到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应将星系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗(àn)物质的存(cún)在。科学家(jiā)根(gēn)据星系外恒星轨道的速(sù)度(dù)，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物质的质(zhì)量(liàng)占整个星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一可以解(jiě)释(shì)这(zhè)个现象的原因(yīn)。在一项新(xīn)的研究当中，科学(xué)家们发(fā)现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的(de)星系(xì)，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这(zhè)个(gè)星系(xì)距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中存(cún)在的恒星数量却(què)只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学(xué)家们使用最先进的望远镜(jìng)对(duì)其进行了40个(gè)小时的详细(xì)测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以用正常(cháng)的物质和力(lì)学定律来解(jiě)释的。那么又有人(rén)提(tí)出，也许该星系的暗(àn)物(wù)质，已经(jīng)被(bèi)附近的另(lìng)一个大星系剥离(lí)了。奇怪(guài)的是，它的附(fù)近没有任何星(xīng)系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另(lìng)一种可能就是人类对(duì)引力的理解还不够(gòu)全面(miàn)，引力很可能(néng)在不同尺度(dù)空(kōng)间中的(de)工作方式是不同的，这(zhè)意味着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度(dù)，引力之间的相互作(zuò)用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之(zhī)间的(de)相互海南是什么气候类型特点，海南是什么气候类型区(hù)作用，科(kē)学家还引(yǐn)入了(le)外部场效应的概念，指的(de)是在(zài)数百万光年的规模上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修正(zhèng)，这些(xiē)发(fā)现也让很(hěn)多人(rén)认为(wèi)暗物质假说理论就(jiù)此终结(jié)。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中还有关于(yú)暗物质存在(zài)的其(qí)他的(de)理(lǐ)论证据，这些理论证据是(shì)蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年(nián)的子弹星系(xì)团，由两个(gè)碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样(yàng)的星团(tuán)，它(tā)们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的(de)气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大(dà)部分的质(zhì)量(liàng)将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量(liàng)区域到底(dǐ)是不是(shì)集中在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第(dì)一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显(xiǎn)地看到很多(duō)星(xīng)系似(shì)乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其(qí)实(shí)这些(xiē)星系本身并不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了(le)，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样(yàng)极(jí)遥远的天体和我们(men)地球上的(de)观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大质(zhì)量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的(de)天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当(dāng)人们对子弹(dàn)星系团观(guān)测的时候，发(fā)现它的大质量区域并(bìng)不(bù)是(shì)在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的(de)质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在(zài)了(le)中间，暗物质则直(zhí)接通(tōng)过了这个区域，并在(zài)两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)的引力透镜研究也被认(rèn)为(wèi)是暗物(wù)质存在(zài)的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外(wài)，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后，可(kě)见光(guāng)终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了(le)。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部(bù)分(fēn)表示温度较高的区域，蓝(lán)色(sè)则(zé)表(biǎo)示相对较冷(lěng)的区域，但实(shí)际(jì)上它们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学(xué)家们通过(guò)对前(qián)景背景分(fēn)离(lí)后的二值(zhí)图像进(jìn)行连通(tōng)域提取和标记(jì)之后发现，如(rú)果宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物(wù)质(zhì)，图形(xíng)看起来不应该(gāi)是这样的，而随着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一(yī)些峰值的幅度(dù)会(huì)减小(xiǎo)，才变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐(fú)射的(de)测量(liàng)值，我(wǒ)们需要的暗物质(zhì)大约是(shì)普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这(zhè)个(gè)数(shù)字与(yǔ)解释星系当(dāng)中恒星运动所需要(海南是什么气候类型特点，海南是什么气候类型区yào)的(de)暗物(wù)质比例是一致(zhì)的(de)。这就意味着。

用了一个(gè)简单的(de)理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的(de)粒子，它(tā)们(men)不(bù)参与任(rèn)何其他的电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过引力(lì)来相(xiāng)互(hù)作用。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗物(wù)质存(cún)在的(de)实际证(zhèng)据。这种粒子到底是(shì)什么？科(kē)学家们已经提出了(le)数十种的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为(wèi)了(le)寻(xún)找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸(mō)不(bù)到(dào)，几(jǐ)乎(hū)不会与常规(guī)物(wù)质相互作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却(què)没有(yǒu)任何(hé)实(shí)质(zhì)性的发现，除了一(yī)个(gè)地方，意大利的格(gé)兰(lán)萨索(suǒ)山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最(zuì)大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子(zi)的(de)周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科(kē)学(xué)家(jiā)声称观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了20多(duō)年的数(shù)据(jù)收(shōu)集(jí)，人们发现了一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率会在每(měi)年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年(nián)都是一样。一些科学(xué)家认为这可(kě)能是人类(lèi)发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗物质会产生(shēng)周期性的年(nián)度信号(hào)呢？刚才我(wǒ)们讲了(le)太(tài)阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围(wéi)绕(rào)着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们(men)也在以这样的(de)速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生(shēng)相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的(de)时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河系(xì)的方(fāng)向是一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太阳的(de)方向正好达到完(wán)全一致(zhì)，这是(shì)理论上地球穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时段。而(ér)在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对银(yín)河系的平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影(yǐng)响这个理论的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释(shì)，研究人(rén)员们所观测到的(de)周期性信号。当然也可能(néng)有其他的情况，造(zào)成(chéng)这种年度周期信号的差异(yì)也可能(néng)是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合(hé)这个(gè)周期的(de)规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立了一(yī)个几乎(hū)相同的(de)实验室，这里的季节(jié)与之前的实验(yàn)室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征和第(dì)一个(gè)实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在(zài)这(zhè)里可以(yǐ)得到相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了(le)。但是由于这个实(shí)验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器(qì)提(tí)供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一(yī)个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能(néng)拭目(mù)以待了。费(fèi)米实(shí)验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个(gè)重要(yào)因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不会(huì)意(yì)味着人类并不孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样(yàng)的效应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这些推论的(de)大(dà)前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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