宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何(hé)会存(cún)在科(kē)学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究竟是什(shén)么？人类为了(le)寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在(zài)过去的几十年当(dāng)中(zhōng)进行了(le)超过50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没(méi)有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原(yuán)理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动(dòng)的规律。往后的几百年(nián)来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不(bù)符(fú)合(hé)万有引力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一(yī)定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过(guò)天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发(fā)现了海王星的(de)存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定(dìng)律所取得(dé)重(zhòng)大天文成就的例子(zi)。但是这些发(fā)现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们(men)上升(shēng)到星系或者是(shì)星团的尺度(dù)，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗(fú)里茨(cí)兹威基正在研究和(hé)测量后发星(xīng)系团(tuán)的(de)质量。这是(shì)一个(gè)由数(shù)千(qiān)个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测量星系团的质量(liàng)一般(bān)会使(shǐ)用到两种方(fāng)法，当两种方法结果(guǒ)一(yī)致(zhì)，就可(kě)以确定其(qí)质(zhì)量(liàng)的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需(xū)要(yào)的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中的各(gè)个星系相对于星系(xì)团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的(de)质量并不以可见光的形式(shì)所存在，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星(xīng)系(xì)团中很多星系的速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠(kào)这(zhè)些可见星系的质量所产生的(de)引力是无法将(jiāng)它们(men)束(shù)缚(fù)在(zài)星系团内(nèi)的，它们早就应该被(bèi)抛出星(xīng)系团之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的力(lì)量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力(lì)量来(lái)源(yuán)于某(mǒu)种(zhǒng)隐形(xíng)的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提出了这样(yàng)部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的(de)质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人们(men)对(duì)这(zhè)样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次(cì)出(chū)现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯(kěn)特福特在观测仙(xiān)女座星(xīng)系中的恒(héng)星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中心(xīn)越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观(guān)测的(de)结果却让(ràng)人感到不(bù)可思(sī)议(yì)。

随着与中心距(jù)离的增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这(zhè)些外(wài)围的(de)恒星(xīng)早就(jiù)被(bèi)甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们(men)会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来(lái)解(jiě)释暗(àn)物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法就是测量(liàng)星系当中气(qì)体在(zài)X轴(zhóu)上距(jù)离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的(de)旋(xuán)转速度。如果出现异常(cháng)的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入(rù)其中。

于(yú)是科学(xué)家(jiā)们(men)通过射(shè)电望远镜(jìng)测量了距离星(xīng)系(xì)中心(xīn)更远距离的氢元素(sù)，发(fā)现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外(wài)，太(tài)阳(yáng)系位于银河系(xì)的(de)第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有(yǒu)引(yǐn)力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围绕银(yín)河(hé)系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论(lùn)速度，那(nà)么产生以上这种向心加速(sù)度的原因很可能就(jiù)是存在着一种我们看(kàn)不到的物(wù)质，是这些暗物质(zhì)的引(yǐn)力效应将(jiāng)星系聚集在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这时(shí)开始(shǐ)，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星(xīng)轨道(dào)的速(sù)度，估算在星系(xì)当中暗物质的质量(liàng)占整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不(bù)是唯一(yī)可以(yǐ)解释这个现象的原因。在(zài)一(yī)项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎(hū)没有引力(lì)效应(yīng)的遥(yáo)远恒星之(zhī)间(jiān)，也(yě)会出(chū)现速度(dù)上的微小差异(yì)。另外(wài)，天(tiān)文学(xué)家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上(shàng)，该星系必(bì)须(xū)存(cún)在暗物(wù)质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进的(de)望远(yuǎn)镜对其(qí)进(jìn)行了40个小时的(de)详(xiáng)细测量(liàng)之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物(wù)质和力学定(dìng)律来解释的(de)。那么又有人提出，也(yě)许该星系的暗物质(zhì)，已经被附(fù)近的(de)另一个大星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是，它的(de)附近没有任何(hé)星(xīng)系存在(zài)。造(zào)成这些现象的除了暗物质(zhì)的(de)假说(shuō)之外，另一(yī)种可能就是(shì)人类对引力的理解(jiě)还不够(gòu)全面，引力很可(kě)能在不同尺度空(kōng)间中的(de)工作方式是不同的，这意(yì)味着(zhe)在行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它(tā)们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家还(hái)引入了外部场效应的概(gài)念，指的是在数(shù)百万光年的(de)规模上，巨(jù)大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特(tè)殊的效果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MO900g是几斤 900g是多少毫升ND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理论就(jiù)此(cǐ)终结(jié)。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于(yú)暗物(wù)质存在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样的星团，它们(men)大(dà)部(bù)分的普通质量都在星系的气(qì)体(tǐ)当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互(hù)作(zuò)用(yòng)就会导(dǎo)致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，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间(jiān)区域。那么我(wǒ)们通过什么来验证(zhèng)它的质量(liàng)区域到底是(shì)不(bù)是集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空望(wàng)远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片(piàn)中(zhōng)我们(men)可以明(míng)显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了(le)巨(jù)大的(de)形变。其实(shí)这些星系本身(shēn)并(bìng)不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和(hé)我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身(shēn)后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大(dà)质量的黑洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大(dà)质量(liàng)区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以最好的(de)解释方(fāng)法(fǎ)就是(shì)当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并在(zài)两(liǎng)边形(xíng)成了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的引力(lì)透镜研(yán)究(jiū)也被认为是暗(àn)物(wù)质存在的迄(qì)今(jīn)为止最好的(de)理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了(le)130多亿年(nián)之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上(shàng)留下了各(gè)相同性的微波辐射。其(qí)中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝(lán)色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之(zhī)一(yī)。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后(hòu)的(de)二值(zhí)图像进行连通域提取和标记(jì)之(zhī)后(hòu)发现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些(xiē)峰(fēng)值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小，才(cái)变(biàn)得看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我们需要的(de)暗物质大约(yuē)是普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所(suǒ)需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了(le)很多不同的(de)观测结(jié)果。而暗(àn)物质的(de)本质就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他(tā)的(de)电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子的(de)存在(zài)，就相当于(yú)找到了暗(àn)物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是(shì)什么？科学(xué)家们已经提出了数(shù)十(shí)种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这些不(bù)同(tóng)的目标(biāo)粒子所需要的实验方(fāng)式也不(bù)相同。在(zài)过去(qù)的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规(guī)物质(zhì)相(xiāng)互作用(yòng)的(de)“暗(àn)物质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行(xíng)了超过(guò)50次的实验，却(què)没(méi)有任何实(shí)质性的发现，除了一个地(dì)方，意大(dà)利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高的探测器(qì)，一直(zhí)致力(lì)于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的科学家声称观测到(dào)了(le)某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测(cè)率会在每(měi)年的6月份达到(dào)峰值(zhí)，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当(dāng)中每年都(dōu)是一样。一些科学(xué)家(jiā)认为这(zhè)可(kě)能是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质的第(dì)一个(gè)直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么(me)暗物质会产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速(sù)度(dù)围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过(guò)程中会产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的(de)时(shí)间，地(dì)球围绕太阳(yáng)的(de)方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与(yǔ)太(tài)阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是(shì)理(lǐ)论上地(dì)球(qiú)穿越暗物质(zhì)流最快(kuài)的时(shí)段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况中(zhōng)，太阳系相对(duì)银河系的(de)平面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影(yǐng)响这个(gè)理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人员(yuán)们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度(dù)周期信号(hào)的差(chà)异也(yě)可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高山(shān)上的(de)积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在(zài)南半(bàn)球建立(lì)了一(yī)个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与之(zhī)前(qián)的实验(yàn)室正好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗(àn)物质流的运(yùn)动(dòng)特征和第一(yī)个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以截(jié)至(zhì)目前还(hái)无(wú)法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的(de)望远镜(jìng)，这(zhè)台太空望(wàng)远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视场(chǎng)仪器提供(gōng)的视野(yě)是哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中一个(gè)关键的用途就(jiù)是(shì)探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探(tàn)测的(de)结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物(wù)理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发现，如(rú)果暗物质存(cún)在，它(tā)们极有(yǒu)可(kě)能拥(yōng)有另(lìng)一种神秘的(de)效应，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说是生命进(jìn)化的一个重(zhòng)要因(yīn)素(sù)。

如果(guǒ)这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会(huì)不会(huì)意味着人类(lèi)并不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的(de)行星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过(guò)这样的效(xiào)应创造(zào)生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是(shì)要先找到(dào)暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力(lì)！

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