宇宙是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何(hé)会存在科(kē)学无(wú)法解释(shì)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在的证据(jù)，科学(xué)家们在过去的(de)几十(shí)年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但是却(què)没有(yǒu)发现(xiàn)任何的(de)有(yǒu)效证据。除(chú)了一(yī)个(gè)地方，在1687年(nián)出版的(de)自然哲学数(shù)学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学(xué)家们发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不符(fú)合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未(wèi)知(zhī)的天体(tǐ)通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的(de)异常，推(tuī)算并(bìng)且发(fā)现(xiàn)了(le)海王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用(yòng)万有(yǒu)引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们(men)上(shàng)升到星系(xì)或者是星团的尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学家弗里茨兹(zī)威(wēi)基(jī)正在研究和测量后发星系团的(de)质量。这是一个(gè)由数千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这些(xiē)星系被(bèi)引力束缚(fù)在(zài)一起。测(cè)量星系团(tuán)的质(zhì)量一般会使用到(dào)两种方法(fǎ)，当两种方法结(jié)果一(yī)致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度学(xué)的质量"，需(xū)要的数据是(shì)测量(liàng)各个星系的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个(gè)星系相对于星系团的运动速度(dù)。当测量(liàng)结果出(chū)来之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量(liàng)消失了(le)，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系的(de)速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生的(de)引力是(shì)无(wú)法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了(le)，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力(lì)量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提(tí)出了这样部分不可见(jiàn)的(de)暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人(rén)们对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才再一次(cì)出(chū)现。天文(wén)学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福(fú)特在观测仙(xiān)女座星系中的恒(héng)星运(yùn)动。理论上来(lái)说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道上的(de)运(yùn)行速度就(jiù)会(huì)越慢。但是他(tā)们观测的结(jié)果却让人感到不可(kě)思议。

随(suí)着与(yǔ)中(zhōng)心(xīn)距(jù)离(lí)的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒(héng)星早(zǎo)就(jiù)被甩到(dào)宇宙当(dāng)中了(le)。基于这(zhè)种现象，科学(xué)家们会使用(yòng)一种相对(duì)标(biāo)准的方法来解(jiě)释暗物质的存在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是(shì)科(kē)学家们通过射(shè)电(diàn)望远(yuǎn)镜(jìng)测量(liàng)了距离星(xīng)系中心(xīn)更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合(hé)牛顿(dùn)的(de)力学(xué)定律(lǜ)。我们的(de)太阳系(xì)也(yě)不(bù)例外，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系(xì)旋转，这个实(shí)际速(sù)度远远大(dà)于(yú)理论速度，那(nà)么产(chǎn)生以(yǐ)上这(zhè)种向心加速(sù)度的(de)原因很可能就是存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗(àn)物质的(de)引力(lì)效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究(jiū)人员开始(shǐ)相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度(dù)，估算(suàn)在星系当中暗(àn)物质(zhì)的(de)质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解(jiě)释这(zhè)个现象的原因。在(zài)一项新的研(yán)究当中，科学(xué)家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没(méi)有引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系(xì)当中存在的恒(héng)星数量却只有银河(hé)系的(de)千分(fēn)之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该星系(xì)必须存(cún)在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家们使(shǐ)用最(zuì)先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的(de)详细(xì)测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用正(zhèng)常的物质和力学(xué)定律来解释的(de)。那么又有人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有(yǒu)任何星(xīng)系存在。造成这些现象(xiàng)的除了(le)暗(àn)物质的(de)假说之外，另一种可能就是人(rén)类对引力的理(lǐ)解还(hái)不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意(yì)味着在行(xíng)星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所理解的方式(shì)运动。但是上升(shēng)到星系和(hé)星团的(de)尺度(dù)，引力之间的(de)相互作用则是(shì)不同的(de)方(fāng)式。对于在星系团(tuán)之却之不恭受之无愧是什么意思，却之不恭受之有愧是接受还是拒绝间(jiān)的相互作用(yòng)，科学家还引入了外(wài)部场效(xiào)应的概念，指的是在(zài)数百万(wàn)光年的(de)规模上，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让很多(duō)人认为暗物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此(cǐ)终(zhōng)结。但(dàn)是在(zài)宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其他的理论证据，这(zhè)些理论证据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子(zi)弹星系(xì)团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的星(xīng)系团(tuán)所组成(chéng)，类似这样的星(xīng)团，它们大部(bù)分的普(pǔ)通质量都在星(xīng)系(xì)的气体当中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时(shí)候，星(xīng)际气体(tǐ)的相互作用就会(huì)导(dǎo)致温度的(de)急剧升高，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的(de)质量将位于所(suǒ)有这些气体所在的中间区域。那么我们(men)通过什(shén)么来验证它的(de)质量区域到(dào)底(dǐ)是不是集中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯(bó)太空望远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一(yī)张(zhāng)全(quán)彩的高清照(zhào)片，在(zài)照片中我(wǒ)们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大(dà)的形变(biàn)。其实这些星系(xì)本身并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了(le)什么问题，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的(de)天(tiān)体和我们地球(qiú)上的观测者之(zhī)间。被(bèi)一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远星系(xì)的(de)光(guāng)都发(fā)生了(le)扭(niǔ)曲(qū)。这(zhè)个(gè)现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人(rén)们对(duì)子弹星系(xì)团观测(cè)的时候，发现它的大质量区域(yù)并(bìng)不是在中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被(bèi)观测(cè)到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗(àn)物质则(zé)直接(jiē)通(tōng)过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认为(wèi)是暗物质(zhì)存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据(jù)。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了(le)130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其(qí)中红(hóng)色的部分表示温度较高(gāo)的区(qū)域(yù)，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对较冷的(de)区域，但(dàn)实际上它(tā)们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的(de)二(èr)值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图(tú)形看起来不应该(gāi)是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射(shè)的(de)测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字(zì)与(yǔ)解释(shì)星系当中恒(héng)星运(yùn)动所(suǒ)需要(yào)的暗物质(zhì)比例是(shì)一(yī)致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的(de)理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地(dì)解释(shì)了很多不同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何(hé)其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作(zuò)用(yòng)。所以(yǐ)如(rú)果能(néng)够找到这种粒子的存在，就(jiù)相(xiāng)当(dāng)于找(zhǎo)到(dào)了(le)暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们已经提出(chū)了数十(shí)种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而(ér)要(yào)寻(xún)找这些不同的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验方(fāng)式也不相同(tóng)。在过(guò)去(qù)的几十年当中，人(rén)类为(wèi)了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次(cì)的实验，却(què)没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大(dà)利(lì)的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山(s却之不恭受之无愧是什么意思，却之不恭受之有愧是接受还是拒绝hān)下1400米(mǐ)处(chù)的地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的地学实(shí)验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测(cè)器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会在每(měi)年(nián)的(de)6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一(yī)样。一些科(kē)学家(jiā)认为这可(kě)能是人类发现暗物质(zhì)的第一(yī)个直接证(zhèng)据(jù)。

但(dàn)是(shì)为什(shén)么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着(zhe)银河系进行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们(men)也在(zài)以这(zhè)样的(de)速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个(gè)过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同(tóng)时地球(qiú)又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太阳环(huán)绕(rào)银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而在(zài)6月(yuè)份的时候，地球与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳(yáng)系(xì)相(xiāng)对银河系的(de)平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影(yǐng)响这(zhè)个(gè)理论的有效性。

因(yīn)此科(kē)学家认为这可(kě)以用来(lái)解释，研(yán)究(jiū)人员们(men)所观测到(dào)的周期性信(xìn)号。当然也可能有其(qí)他的(de)情(qíng)况(kuàng)，造(zào)成这种年度周期信号的差异也可能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合(hé)这个周期的(de)规(guī)律。

所以，科学(xué)家们又在南半(bàn)球建立(lì)了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室(shì)正好相反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质(zhì)流的运(yùn)动特征和(hé)第一个(gè)实验室(shì)是一样的(de)。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可以得(dé)到相同的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物质所(suǒ)存在(zài)的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无(wú)法(fǎ)提供相(xiāng)应(yīng)的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太(tài)空望远镜叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽视场仪器提(tí)供的(de)视(shì)野是(shì)哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是(shì)探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结(jié)果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭(shì)目(mù)以待了(le)。费米实(shí)验室粒(lì)子(zi)天体物理中心(xīn)的(de)科(kē)学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的(de)诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个重要因(yīn)素(sù)。

如果这一理论得(dé)到进一步的(de)证(zhèng)实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不会(huì)意味着人类(lèi)并(bìng)不(bù)孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某个(gè)角落(luò)的行星上，暗物质正在通过这样的(de)效应创造(zào)生命(mìng)。当然，这(zhè)些(xiē)推论(lùn)的大前提是要先找到(dào)暗物质(zhì)存在(zài)的实际(jì)证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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