宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在的(de)证据，科学家们在过去的(de)几十年当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任(rèn)何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙(zhòu)中天体运动的(de)规律。往后(hòu)的几百年来，当(dāng)天文(wén)学家们发现(xiàn)某(mǒu)些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出(chū)现异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他(tā)们就(jiù)会(huì)知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知的(de)天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过天王星运(yùn)行(xíng)轨道的异常，推算并(bìng)且发现(xiàn)了海王(wáng)星(xīng)的(de)存在。另外(wài)，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的发现都是(shì)应(yīng)用万(wàn)有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是(shì)在(zài)恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上(shàng)升到星系或(huò)者是星团的尺度，事(shì)情就开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹威(wēi)基正在(zài)研究和(hé)测量后发(fā)星系(xì)团的质量。这是(shì)一个由数千个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使(shǐ)用(yòng)到两(liǎng)种方(fāng)法，当(dāng)两种方法结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团(tuán)中的各个(gè)星系相对(duì)于(yú)星系团(tuán)的运动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在(zài)测量速度的过(guò)程中，兹威基发(fā)现星系团(tuán)中很多(duō)星系的(de)速(sù)度比理论上要(yào)快得多，按(àn)照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见(jiàn)星系的质量所产生(shēng)的引力(lì)是(shì)无法将它(tā)们束缚(fù)在星系团内的，它们(men)早就应该(gāi)被抛出(chū)星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这(zhè)样部分不(bù)可见(jiàn)的暗(àn)质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分(fēn)的质量。只是当(dāng)时的人(rén)们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才再一次(cì)出现。天文(wén)学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特(tè)福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会(huì)越慢。但是他(tā)们观测的结果却(què)让人感到不可(kě)思议。

随着(zhe)与中心距离(lí)的(de)增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速(sù)度(dù)几乎保持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足够(gòu)大的质量来(lái)吸引它们(men)，这些(xiē)外(wài)围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这(zhè)种现象，科学家们(men)会使用一(yī)种(zhǒng)相对标准的方法(fǎ)来(lái)解释暗物(wù)质的存在，这种方法就是(shì)测量星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常(cháng)的结果，就认(rèn)为是(shì)由暗物质的力(lì)量进(jìn)入(rù)其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量(liàng)了距(jù)离(lí)星(xīng)系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系(xì)位(wèi)于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银(yín)河(hé)系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力(lì)定(dìng)律进(jìn)行(xíng)计(jì)算(suàn)，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是(shì)存(cún)在(zài)着一(yī)种我们看不到的物质，是这些暗(àn)物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了(le)一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开(kāi)始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究人(rén)员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算在星(xīng)系当(dāng)中暗物质的质量占(zhàn)整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯(wéi)一可(kě)以解释这个(gè)现象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几乎(hū)没有引力(lì)效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现(xiàn)速(sù)度上的微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是(shì)星系当中存在的恒星数(shù)量却(què)只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该星系必(bì)须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析(xī)。但是(shì)科学家(jiā)们使用(yòng)最先进的(de)望远镜对其进行(xíng)了40个(gè)小时(shí)的(de)详细(xì)测量(liàng)之(zhī)后(hòu)，发(fā)现星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系的(de)暗物(wù)质，已经被附近的另一(yī)个(gè)大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有(yǒu)任何星系存在(zài)。造成(chéng)这(zhè)些(xiē)现象的除了暗物质的(de)假(jiǎ)说之外(wài)，另一种可能就是人类对引力的(de)理解(jiě)还不够全面，引力很可能(néng)在不同尺度空间中的工作方式是不(bù)同(tóng)的，这意味(wèi)着在行星(xīng)系尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿(yán)着它们的轨道，按(àn)照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是(shì)不同(tóng)的方式(shì)。对于在星系团之间(jiān)的(de)相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场效应的(de)概念，指(zhǐ)的(de)是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼此特(tè)殊(shū)的效果，这个(gè)理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立(lì)，这意味着(zhe)我们需(xū)要对(duì)现(xiàn)在的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让很(hěn)多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关(guān)于(yú)暗物质存在的(de)其(qí)他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没(méi)法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样的星团，它(tā)们大部分的普(pǔ)通质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的(de)时候，星(xīng)际气体的相互作(zuò)用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上(shàng)，在(zài)碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我(wǒ)们(men)通(tōng)过什(shén)么(me)来验证它(tā)的质量(liàng)区域(yù)到底(dǐ)是(shì)不是集(jí)中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照(zhào)片(piàn)中(zhōng)我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身(shēn)并不(bù)是真的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么(me)问题，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的(de)观测者之间(jiān)。被(bèi)一个质量超级巨大的(de)天体(tǐ)遮(zhē)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)的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的天(tiān)体可能(néng)是(shì)超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对(duì)子弹(dàn)星系团(tuán)观测的(de)时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是(shì)在(zài)中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释(shì)方(fāng)法就(jiù)是(shì)当星(xīng)团发生全部的(de)碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到的(de)质(zhì)量气体被卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区(qū)域(yù)，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的引力透镜(jìng)研(yán)究也(yě)被认(rèn)为是暗(àn)物质存在的(de)迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了(le)。经(jīng)过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景(jǐng)上(shàng)留下了各相(xiāng)同性的微(wēi)波辐射。其中红色(sè)的部(bù)分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际(jì)上它(tā)们(men)之间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离后的二(èr)值图像进(jìn)行连通域提取和(hé)标记之后(hòu)发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看(kàn)起来不应该是(shì)这样的，而(ér)随(suí)着(zhe)暗物质的增加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会(huì)减小，才变(biàn)得(dé)看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物质(zhì)大约(yuē)是普(pǔ)通物质的5倍。这个(gè)数(shù)字与解(jiě)释星系当(dāng)中恒星(xīng)运动(dòng)所(suǒ)需要(yào)的暗物质比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的(de)观(guān)测结(jié)果。而暗物质(zhì)的(de)本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着某(mǒu)种类型(xíng)的粒子(zi)，它们(men)不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过(guò)引(yǐn)力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这(zhè)种粒子到(dào)底是什(shén)么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目标粒子(zi)所需要的实验方式(shì)也不相同。在过去的几(jǐ)十(shí)年当中，人类(lèi)为了寻(xún)找这些看不见、摸(mō)不(bù)到(dào)，几(jǐ)乎不会与常规物质相互(hù)作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们已经进行(xíng)了超过(guò)50次的实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地(dì)下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致(zhì)力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的(de)数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测(cè)率会(huì)在每(měi)年(nián)的6月份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在(zài)11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为这可能是人类发(fā)现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质会产生周期性的年(nián)度信(xìn)号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕着银河系(xì)进行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过(guò)程中会产生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕(rào)太(tài)阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外(wài)半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到(dào)完(wán)全一(yī)致，这是(shì)理论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物(wù)质流最快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河(hé)系(xì)的平面呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是(shì)这并不影响这个(gè)理论的(de)有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这可以(yǐ)用来解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到(dào)的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信(xìn)号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高(gāo)山上(shàng)的积雪，甚至连意大(dà)利游(yóu)客的数量(liàng)也符合这个(gè)周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一(yī)个几乎相同(tóng)的实验室(shì)，这里(lǐ)的季节(jié)与之前(qián)的实验室(shì)正(zhèng)好相反，而(ér)在这(zhè)里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第一个实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得(dé)到相同的信(xìn)号，就可(kě)以成为(wèi)暗(àn)物(wù)质所(suǒ)存在的非常(cháng)有力(lì)的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还(hái)无法提供相应的数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新(xīn)的望(wàng)远镜，这台太(tài)空望远三大改造的内容和意义，简述三大改造的内容镜叫做“南(nán)希(xī)格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它的(de)宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供(gōng)的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空(kōng)望远镜其中(zhōng)一个(gè)关键(jiàn)的用途就(jiù)是探(tàn)索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实(shí)验室(shì)粒子天(tiān)体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如(rú)果(guǒ)暗(àn)物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一(yī)种神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如(rú)果(guǒ)这一理论得到(三大改造的内容和意义，简述三大改造的内容dào)进(jìn)一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着人(rén)类(lèi)并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物(wù)质正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得(dé)暗物质到(dào)底存(cún)不存(cún)在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支(zhī)持是(shì)我(wǒ)更新的动力(lì)！

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