宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存(cún)在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是(shì)什(shén)么？人类为了寻(xún)找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进(jìn)行(xíng)了超过50次(cì)的长(zhǎng)期(qī)实验，但是却没有发现任何的有效证据(jù)。除(chú)了一(yī)个地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的(de)自(zì)然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年(nián)来(lái)，当(dāng)天文(wén)学家们发现某些(xiē)天体运行轨(guǐ)道出(chū)现(xiàn)异常(cháng)，不符合万有引力定律的时候，他们(men)就会知道，周围一定(dìng)有未(wèi)知的天体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的(de)异(yì)常(cháng)，推算并且发现了海王(wáng)星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文成(chéng)就(jiù)的例子。但(dàn)是这(zhè)些发现都是在(zài)恒(héng)星系统的(de)尺(chǐ)度当中(zhōng)，可(kě)当(dāng)我们上(shàng)升到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在(zài)研究(jiū)和测量后发星系团的质量(liàng)。这是一个由(yóu)数千个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束(shù)缚(fù)在一起。测(cè)量星系团(tuán)的质(zhì)量一般会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)，当两(liǎng)种方法(fǎ)结果一(yī)致，就可以确定其质(zhì)量的范(fàn)围。

第(dì)一种是获(huò)得其"光度(dù)学的质量"，需要的(de)数据是测量各(gè)个(gè)星系(xì)的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测量(liàng)星(xīng)系团中的(de)各个星系相对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来(lái)之(zhī)后，兹威基(jī)彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在(zài)，我们无(wú)法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是(shì)，在测(cè)量速度的(de)过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星(xīng)系的速(sù)度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的(de)运动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可(kě)见星(xīng)系(xì)的质量(liàng)所(suǒ)产生的(de)引力是无法将它们(men)束缚(fù)在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之外了(le)，除非有一(yī)种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝(jué)大(dà)部分的(de)质量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对这(zhè)样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学(xué)家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和(hé)肯特(tè)福(fú)特(tè)在(zài)观(guān)测仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒星运(yùn)动(dòng)。理论(lùn)上来说，距离(lí)中(zhōng)心越远的(de)恒星在其(qí)轨(guǐ)道上的(de)运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结(jié)果却让(ràng)人感到不可(kě)思议(yì)。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离(lí)的增加(jiā)，恒(héng)星的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的质量(liàng)来吸(xī)引它们，这(zhè)些(xiē)外围的(de)恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学(xué)家(jiā)们会使用一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测(cè)量(liàng)星(xīng)系当中(zhōng)气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心(xīn)更远距离的(de)氢(qīng)元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合(hé)牛顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们(men)的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行(xíng)速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但(dàn)实(shí)际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的(de)速度围绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大(dà)于(yú)理论速(sù)度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速(sù)度的(de)原(yuán)因很可(kě)能(néng)就是存在着一种我(wǒ)们看不(bù)到(dào)的物质，是(shì)这些暗物(wù)质的引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究人员(yuán)开始相信暗物质的(de)存(cún)在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物(wù)质的(de)质量占整个星系质量的(de)85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在(zài)一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效应的(de)遥远恒星之间，也(yě)会出现(xiàn)速(sù)度上的微小差异。另外，天文学(xué)家还发(fā)现了(le)一个反常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中存在的(de)恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河(hé)系的千(qiān)分之一。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星系(xì)必(bì)须存(cún)在暗(àn)物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析。但(dàn)是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测(cè)量之(zhī)后，发(fā)现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系(xì)的暗(àn)物质，已经被附近的另一(yī)个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星系(xì)存(cún)在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人(rén)类对引力(lì)的理解还不够全面，引力很可(kě)能(néng)在不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的(de)工(gōng)作方式是不同的(de)，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们(men)所理(lǐ)解(jiě)的方式(shì)运动。但是上升(shēng)到星系(xì)和星团的尺度(dù)，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同(tóng)的方式。对(duì)于在(zài)星系团之间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部(bù)场效(xiào)应的概念，指的是(shì)在(zài)数百万光年(nián)的(de)规模上，巨大(dà)的质量(liàng)之(zhī)间(jiān)会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对(duì)现(xiàn)在的物理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现也让很多人(rén)认(rèn)为(wèi)暗物质假说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还有关(guān)于暗物(wù)质存在的其他的(de)理论证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们(men)大部分的(de)普通质量都在星(xīng)系的气体当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里/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)度的急(jí)剧升高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系团大部分(fēn)的质量将位于所(suǒ)有这些气体所在(zài)的(de)中间区域。那么(me)我们(men)通过什么来验(yàn)证它(tā)的质量区域到(dào)底是(shì)不(bù)是集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回(huí)了宇宙当(dāng)中第一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以明显地看到很多星系(xì)似(shì)乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这些星系(xì)本身并不是真的被扭(niǔ)曲了(le)，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大(dà)质量的东(dōng)西的(de)引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是引力透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨大(dà)的天体可能是(shì)超大质量的黑(hēi)洞或(huò)者(zhě)是暗(àn)物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对子弹星(xīng)系团观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的(de)大(dà)质量区域(yù)并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的(de)解(jiě)释方法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到(dào)的(de)质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物(wù)质则直接(jiē)通过了(le)这个区(qū)域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对(duì)子(zi)弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存(cún)在的迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下了各相同性(xìng)的微波辐射(shè)。其中红色(sè)的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色(sè)则(zé)表示相对较冷(lěng)的区(qū)域(yù)，但实际上它们之(zhī)间(jiān)的温差只有万分之一(yī)。

科学家们(men)通过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提(tí)取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不(bù)应该是这(zhè)样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来(lái)“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是(shì)普通(tōng)物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运(yùn)动所需(xū)要的暗物质比例(lì)是一(yī)致的。这(zhè)就意(yì)味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它们不参与任(rèn)何(hé)其(qí)他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互(hù)作用(yòng)。所以如果能够找到(dào)这(zhè)种粒(lì)子(zi)的存在，就相当(dāng)于找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么？科学(xué)家们已经(jīng)提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而(ér)要寻(xún)找这些不同的目标粒子(zi)所需(xū)要的(de)实验(yàn)方式也不(bù)相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十年当中(zhōng)，人(rén)类为了寻找这(zhè)些看不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超(chāo)过50次的(de)实验，却没有(yǒu)任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上(shàng)最(zuì)大(dà)的地学(xué)实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的科学家声(shēng)称观(guān)测到了(le)某(mǒu)种信号(hào)。经过了20多(duō)年的(de)数据收集，人(rén)们发现了一(yī)个有趣(qù)的(de)事情(qíng)。探测(cè)率会在每年的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每年都是一样。一些(xiē)科学家(jiā)认为这可(kě)能是人类发(fā)现暗物质(zhì)的第一(yī)个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期性的年(nián)度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕着银河(hé)系(xì)进行移(yí)动，那么如(rú)果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在(zài)以(yǐ)这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相(xiāng)应的(de)振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河系的方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另(lìng)外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的(de)时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到(dào)完全一致(zhì)，这是理论上(shàng)地球穿越暗物(wù)质流最(zuì)快的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好达到(dào)了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的(de)平面(miàn)呈现了(le)60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这(zhè)个(gè)理论(lùn)的有效性。

因此(cǐ)科(kē)学家(jiā)认为这可以用来解释(shì)，研究人员们所观测(cè)到的周(zhōu)期性信号(hào)。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这(zhè)种年度周期(qī)信号的(de)差(chà)异(yì)也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也符(fú)合这个周期的(de)规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又在南半球建(jiàn)立了一(yī)个(gè)几(jǐ)乎相同的实(shí)验室，这里的季(jì)节与之前(qián)的(de)实(shí)验室(shì)正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第(dì)一(yī)个实(shí)验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的(de)信号，就可以成为暗(àn)物质所存(cún)在的(de)非常有力的证据了。但是由于这个(gè)实(shí)验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供(gōng)相(xiāng)应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关(guān)键(jiàn)的(de)用途就是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了(le)。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥(yōng)有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说(shuō)是(shì)生命进(jìn)化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人类(lèi)并(bìng)不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗物质(zhì)独善其身是什么意思啊 独善其身是褒义还是贬义正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然(rán)，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新的动(dòng)力！

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