宇宙是“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何会存在科(kē)学无(wú)法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科(kē)学(xué)家们在过去(qù)的(de)几十年当中(zhōng)进行了(le)超(chāo)过50次(cì)的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的(de)有效证据。除(chú)了一个(gè)地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的(de)规律。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们(men)发(fā)现某些(xiē)天体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引力(lì)定律的时候(hòu)，他们(men)就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过(guò)引力(lì)在摄动它(tā)的(de)轨道。比如(rú)在18凤凰男能嫁吗，凤凰男的八大特征和交往原则46年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推(tuī)算(suàn)并且发现(xiàn)了海王(wáng)星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们上升到(dào)星(xīng)系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测(cè)量后发星系团的(de)质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大星系(xì)团(tuán)，这些(xiē)星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在(zài)一起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量一(yī)般会(huì)使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学(xué)的质量"，需要的(de)数据(jù)是(shì)测量各个星(xīng)系(xì)的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计(jì)算(suàn)，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测量(liàng)星系团(tuán)中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对于星系团(tuán)的运动速度。当测量结(jié)果出(chū)来之后，兹(zī)威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并不以可见(jiàn)光(guāng)的形(xíng)式所存在(zài)，我们无(wú)法看(kàn)到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的(de)过程(chéng)中，兹威基发现(xiàn)星系团(tuán)中(zhōng)很(hěn)多星系的(de)速度比(bǐ)理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见(jiàn)星系的(de)质量(liàng)所产(chǎn)生的引力是无法将它(tā)们(men)束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除(chú)非有一(yī)种神秘的力量在(zài)起作(zuò)用，这(zhè)种力量来源于(yú)某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了(le)这样部分(fēn)不可见的暗(àn)质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射(shè)光(guāng)，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的(de)质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次(cì)出现(xiàn)。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速(sù)度就会越慢。但(dàn)是(shì)他们观测的结果却让人感到(dào)不可思议(yì)。

随着(zhe)与中心距离的增加(jiā)，恒星的(de)旋转速度几乎保持(chí)不变(biàn)。可是根(gēn)据牛(niú)顿(dùn)的万有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当中如果没有(yǒu)足够大的质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的恒(héng)星早(zǎo)就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来(lái)解释暗物质的(de)存在，这(zhè)种方法就是测量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于是(shì)科学家们通过射(shè)电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距离的(de)氢元素，发现它(tā)们的旋转速度(dù)并不符(fú)合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系(xì)也不例外，太(tài)阳系位(wèi)于(yú)银(yín)河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个(gè)实际(jì)速度远远大于理论(lùn)速(sù)度，那么(me)产生以上这种(zhǒng)向心加速度的(de)原(yuán)因很(hěn)可能就是存(cún)在(zài)着(zhe)一(yī)种我们看不到的物(wù)质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星系聚集(jí)在(zài)了一(yī)起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开始(shǐ)相信暗物(wù)质的存在。科(kē)学家根据星系外(wài)恒星(xīng)轨道的速度(dù)，估(gū)算(suàn)在星(xīng)系当(dāng)中暗(àn)物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新(xīn)的研(yán)究(jiū)当中(zhōng)，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应(yīng)的遥远(yuǎn)恒(héng)星(xīng)之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个(gè)反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最(zuì)先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发现星系(xì)中的恒(héng)星运(yùn)动(dòng)是可以用(yòng)正常的物质和力学定律来解(jiě)释(shì)的。那么又有(yǒu)人(rén)提出，也许该星系的暗物(wù)质(zhì)，已经被(bèi)附(fù)近的另(lìng)一个大星系剥离了(le)。奇怪(guài)的(de)是，它的附近(jìn)没有任何星(xīng)系存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象(xiàng)的除(chú)了暗物质(zhì)的假说(shuō)之(zhī)外(wài)，另一种可能就是人类(lèi)对引力(lì)的(de)理解还不够全面，引力很可(kě)能(néng)在(zài)不同尺度空间中的工作方式是(shì)不同的(de)，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的(de)方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的(de)相(xiāng)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(jiā)还引入了(le)外部场(chǎng)效应的概念，指的是在(zài)数百万(wàn)光年的规模上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间(jiān)会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我(wǒ)们需(xū)要对现在的物理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这(zhè)些(xiē)发(fā)现也让很多人认为暗(àn)物质假说理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有关于(yú)暗物质存在的(de)其(qí)他(tā)的理论(lùn)证据，这些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法解(jiě)释(shì)的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的(de)子(zi)弹(dàn)星系(xì)团，由两(liǎng)个(gè)碰(pèng)撞的星系(xì)团(tuán)所组(zǔ)成(chéng)，类似这样的星团，它(tā)们大部分(fēn)的普(pǔ)通质量都在(zài)星系的气体当中。当(dāng)星(xīng)团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的(de)时候，星际(jì)气体的相互(hù)作用(yòng)就(jiù)会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以在(zài)理论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部分(fēn)的(de)质量(liàng)将位(wèi)于(yú)所有(yǒu)这(zhè)些(xiē)气(qì)体(tǐ)所在的中间区域。那么我们(men)通(tōng)过什么(me)来(lái)验(yàn)证(zhèng)它的质量区(qū)域(yù)到(dào)底是不是(shì)集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片(piàn)中我(wǒ)们可以(yǐ)明显地看(kàn)到(dào)很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其(qí)实(shí)这些星(xīng)系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了(le)什(shén)么问(wèn)题(tí)，而是这样(yàng)极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星系的光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现象就是引(yǐn)力透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大的(de)天体(tǐ)可能是(shì)超大质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当人们对(duì)子(zi)弹(dàn)星系(xì)团观测(cè)的时候，发(fā)现它的大(dà)质(zhì)量区域并不是在中(zhōng)间，而是在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方法(fǎ)就是(shì)当(dāng)星团发生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区(qū)域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究(jiū)也(yě)被认为是暗物(wù)质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有(yǒu)来(lái)自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了(le)。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背(bèi)景上留(liú)下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分(fēn)表示温度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实(shí)际(jì)上它们之间的(de)温差(chà)只(zhǐ)有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家们通过(guò)对前(qián)景背景(jǐng)分(fēn)离后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形(xíng)看起来(lái)不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质(zhì)的(de)增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射的测量值，我们(men)需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与解(jiě)释星(xīng)系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例是一(yī)致的(de)。这就意味着。

用了一个(gè)简单(dān)的理论框架(jià)，就很好地解释(shì)了很多不同的观(guān)测结(jié)果。而暗物质的本(běn)质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着(zhe)某种类型的(de)粒子，它们(men)不参与(yǔ)任(rèn)何其他(tā)的电(diàn)磁作用，只通过引力来(lái)相互作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于(yú)找到了暗物质存在的(de)实际证据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提(tí)出了(le)数十种的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目(mù)标粒子所(suǒ)需要的实验(yàn)方(fāng)式也不(bù)相同。在(zài)过去的几十年当中(zhōng)，人类为了(le)寻找这些看(kàn)不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经(jīng)进行了超过(guò)50次的实验，却没(méi)有任何实质(zhì)性的发现(xiàn)，除(chú)了(le)一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最(zuì)大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一(yī)直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的(de)事(shì)情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年(nián)当(dāng)中每年都是一(yī)样。一些科学家认(rèn)为这可能是(shì)人类发现暗(àn)物质的第(dì)一个(gè)直(zhí)接证据。

但是为什么(me)暗物质会(huì)产生周(zhōu)期性的年度(dù)信号呢(ne)？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们(men)也(yě)在(zài)以这(zhè)样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环(huán)绕银河系(xì)的方向是一致的(de)，而另外半(bàn)年(nián)则与之相反。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达(dá)到完全(quán)一致，这是(shì)理论(lùn)上地(dì)球(qiú)穿越(yuè)暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这(zhè)可(kě)以用来(lái)解(jiě)释(shì)，研(yán)究(jiū)人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号(hào)的差异也(yě)可能是温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山(shān)上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这(zhè)个周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科(kē)学家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎(hū)相同的实验室，这里的季节与之前的(de)实验室正好相反(fǎn)，而在(zài)这里，地球穿过暗(àn)物质流的运(yùn)动特征和第一个实验室(shì)是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物(wù)质所存(cún)在的(de)非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还(hái)无法提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的(de)用途(tú)就是探(tàn)索暗(àn)物(wù)质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待(dài)了。费米实验室粒子天体物(wù)理中心(xīn)的科(kē)学家丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特芬研(yán)究发现，如果暗物(wù)质存在(zài)，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一(yī)种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这(zhè)一理论得到进一步(bù)的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的(de)行星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些(xiē)推论的(de)大前提是要先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更新的(de)动力！

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