宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为(wèi)了(le)寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的(de)几十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了(le)一个(gè)地(dì)方，在(zài)1687年出版的自(zì)然哲学(xué)数学原(yuán)理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示(shì)了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的(de)时候(hòu)，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天(tiān)体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过(guò)天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引力定律所(suǒ)取得(dé)重大(dà)天文(wén)成就的例子(zi)。但是这(zhè)些发现都(dōu)是在恒星系(xì)统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我们上(shàng)升到星系(xì)或者是(sh腰围88是多少 腰围88是多少码ì)星团的尺度，事情(qíng)就开始变得(dé)诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学(xué)家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系(xì)所组(zǔ)成的巨大(dà)星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系(xì)团的(de)质量一般会(huì)使(shǐ)用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质(zhì)量的范围(wéi)。

第一(yī)种是获得其"光度(dù)学的质量(liàng)"，需要(yào)的数据(jù)是(shì)测量各个星系的光(guāng)度。

第二(èr)种是(shì)动力(lì)学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个(gè)星系相对(duì)于星系团的运(yùn)动(dòng)速度(dù)。当测量(liàng)结(jié)果出(chū)来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然是(shì)“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不(bù)以可见光的(de)形(xíng)式所存在，我们无法看到(dào)。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速度(dù)的过(guò)程中，兹威基发(fā)现(xiàn)星系团中(zhōng)很多星系的速度比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星系的质量所产生的引(yǐn)力是(shì)无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团(tuán)之外了，除非(fēi)有一种神秘的(de)力量在(zài)起作用(yòng)，这(zhè)种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分(fēn)不可见的(de)暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大(dà)部分的(de)质量。只(zhǐ)是当时(shí)的(de)人们对(duì)这样的(de)一种说法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论(lùn)上来说，距(jù)离中心(xīn)越(yuè)远的恒星在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速度就会(huì)越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人(rén)感(gǎn)到(dào)不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保持不(bù)变(biàn)。可是(shì)根据牛顿的(de)万有引力(lì)定(dìng)律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们(men)会使用一种相对标准的方法来解(jiě)释暗(àn)物质的存在，这种方法就是测量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的(de)旋转速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射(shè)电(diàn)望远镜(jìng)测量(liàng)了距离星系中(zhōng)心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银(yín)河(hé)系的(de)第三悬臂(bì)之上，距(jù)离银(yín)河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行速(sù)度(dù)应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远大于理论速度，那么产生以上这(zhè)种(zhǒng)向心加速度(dù)的原因很可能就是存(cún)在着一(yī)种我们看不到的物质(zhì)，是(shì)这些暗物质(zhì)的引力效应(yīng)将(jiāng)星系聚集(jí)在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这(zhè)时(shí)开始(shǐ)，越(yuè)来(lái)越多的(de)研(yán)究人员开(kāi)始相信(xìn)暗物质的存(cún)在。科(kē)学家根据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算在星系(xì)当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一可以解释(shì)这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在(zài)一项(xiàng)新的研究(jiū)当(dāng)中，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中存在的(de)恒星数(shù)量却(què)只有银(yín)河系的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细(xì)测量之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用(yòng)正常的(de)物质和力学定律来解(jiě)释的。那(nà)么(me)又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星(xīng)系存在。造成这些现象的除了(le)暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能就是(shì)人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺(chǐ)度空(kōng)间中的工作方式是不(bù)同的，这意味着在行星系(xì)尺(chǐ)度中(zhōng)的(de)天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在(zài)星系团之间(jiān)的(de)相互(hù)作(zuò)用(yòng)，科(kē)学家还引入(rù)了外部场效应(yīng)的概念，指的是在(zài)数百万(wàn)光年的(de)规模(mó)上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特(tè)殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人认为暗物质假说(shuō)理论就此(cǐ)终结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似(shì)这样(yàng)的星团，它(tā)们大部分的(de)普通(tōng)质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致(zhì)温度的急(jí)剧(jù)升高，速度大幅(fú)降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团(tuán)大部分的(de)质(zhì)量将位于所有这些气(qì)体所(suǒ)在(zài)的中间(jiān)区(qū)域。那么我们通(tōng)过什么来验证它的质量区(qū)域(yù)到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片(piàn)中我们(men)可以明显地看到很(hěn)多星系(xì)似(shì)乎(hū)被(bèi)拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的(de)形变。其实(shí)这些星系本身(shēn)并不是真的(de)被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯(bó)望远镜(jìng)出了什(shén)么(me)问题，而是这样极(jí)遥远的(de)天体(tǐ)和我们地球上(shàng)的(de)观测(腰围88是多少 腰围88是多少码cè)者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引力，会(huì)使身(shēn)后(hòu)更(gèng)遥(yáo)远星(xīng)系的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个(gè)现(xiàn)象就是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是(shì)超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当(dāng)人们(men)对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方(fāng)法就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通过(guò)了这个(gè)区域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透(tòu)镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的(de)理论(lùn)证(zhèng)据(jù)。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的(de)光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿年(nián)之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上(shàng)留下(xià)了(le)各相同性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之(zhī)间(jiān)的温差只有万分之一。

科(kē)学家们(men)通(tōng)过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后(hòu)发现(xiàn)，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗(àn)物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们(men)需要(yào)的暗物质大约是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解(jiě)释星系当中(zhōng)恒星运动(dòng)所需要的暗物(wù)质(zhì)比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一(yī)个(gè)简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就(jiù)很好地解释了(le)很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中(zhōng)存在(zài)着(zhe)某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互(hù)作用。所以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么(me)？科学家们(men)已经提出(chū)了数十种(zhǒng)的(de)假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的(de)实验(yàn)方式也不(bù)相(xiāng)同(tóng)。在(zài)过去的几十年当(dāng)中，人类(lèi)为了寻找这些看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何(hé)实(shí)质性的发现，除了一个(gè)地方(fāng)，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的(de)地学(xué)实(shí)验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到(dào)了某种信号。经过了20多(duō)年(nián)的数据收(shōu)集，人们发(fā)现了一个有趣(qù)的事情。探(tàn)测率会在每(měi)年的6月(yuè)份达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月降到最低(dī)，而(ér)且在20年当中每(měi)年都是一样。一些科学家(jiā)认(rèn)为这(zhè)可能是人类发现暗物质的第(dì)一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期性的(de)年(nián)度(dù)信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕着银(yín)河系进(jìn)行移(yí)动(dòng)，那么如(rú)果暗(àn)物(wù)质存(cún)在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个(gè)过程中会(huì)产(chǎn)生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年(nián)的时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的，而(ér)另外半年(nián)则(zé)与之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的(de)方向(xiàng)正好达(dá)到完全一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的(de)时段。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究(jiū)人员们所观(guān)测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异(yì)也(yě)可(kě)能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大(dà)利(lì)游客的数量也符合(hé)这个周期的(de)规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家们又在南(nán)半球建立(lì)了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里的(de)季节与之前的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过(guò)暗物(wù)质(zhì)流(liú)的运动(dòng)特征和第一(yī)个实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以得(dé)到相同(tóng)的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个实(shí)验室刚(gāng)刚建成(chéng)不久，所以截至(zhì)目前(qián)还无法(fǎ)提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈(hā)勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关键的(de)用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们(men)只能拭目(mù)以待了。费米实(shí)验室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研究(jiū)发现，如果暗物(wù)质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生(shēng)命的诞生(shēng)，或(huò)者说(shuō)是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得(dé)到进一步(bù)的证实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并(bìng)不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论(lùn)的大前(qián)提是要(yào)先找到暗物质存在的实际证据。那么(me)小伙伴们(men)，你们觉(jué)得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是我更(gèng)新的(de)动力！

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