宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的(de)“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存(cún)在(zài)的证据，科学(xué)家(jiā)们(men)在(zài)过去的几十年当中(zhōng)进行了(le)超过(guò)50次的长期实(shí)验，但是(shì)却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学(xué)原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了(le)万有引力定律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运动的规(guī)律。往后的几百年(nián)来，当天文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常(cháng)，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动(dòng)它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通(tōng)过天王星运行轨道的(de)异常(cháng)，推算并且发(fā)现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力(lì)定律所取得重大天文成就的(de)例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系(xì)统(tǒng)的(de)尺(chǐ)度当中，可当我们上升到(dào)星系或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度(dù)，事(shì)情就开始变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的物理学(xué)家(jiā)弗(fú)里茨兹威(wēi)基(jī)正在研究和测量(liàng)后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨(jù)大(dà)星系团(tuán)，这些星系被(bèi)引力束缚(fù)在一起。测量星系团(tuán)的(de)质量一(yī)般会(huì)使用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其(qí)质量的(de)范围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需要(yào)的数据是(shì)测量各个(gè)星系的(de)光度(dù)。

第二种是动力学质(zhì)量(liàng)的(de)计(jì)算(suàn)，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测量星系(xì)团(tuán)中的各个(gè)星(xīng)系相(xiāng)对于星系团的运动速度(dù)。当测量结(jié)果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系(xì)团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异的(de)是，在测量速(sù)度的(de)过(guò)程中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系的速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见(jiàn)星系(xì)的(de)质量(liàng)所(suǒ)产生的引力是无法(fǎ)将它们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分(fēn)不可见的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却(què)占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人(rén)们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再一次出现。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度(dù)就(jiù)会越(yuè)慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心(xīn)距(jù)离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量(liàng)星(xīng)系当中气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的(de)旋转速度。如果出(chū)现异常的结(jié)果，就认为(wèi)是由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入(rù)其中。

于(yú)是科学家们(men)通过射电望远镜测(cè)量了距离星系中心更(gèng)远距(jù)离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于(yú)银河(hé)系的(de)第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕银河系旋转，这个实际(jì)速(sù)度远远大于理(lǐ)论速度，那么(me)产生以上这(zhè)种向心加速度的原因很可能就是(shì)存(cún)在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引(yǐn)力(lì)效(xiào)应将星(xīng)系(xì)聚集在(zài)了一(yī)起。

也是从这时(shí)开始(shǐ)，越来越多的研(yán)究(jiū)人员(yuán)开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据(jù)星(xīng)系外恒(héng)星轨道的速度，估算在(zài)星(xīng)系(xì)当(dāng)中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一(yī)可(kě)以解释(shì)这(zhè)个(gè)现象(xiàng)的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家们(men)发现(xiàn)，几乎没有引力(lì)效(xiào)应(yīng)的遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也会出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)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(xīng)数(shù)量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家们使用最先(xiān)进的望远镜对(duì)其进行了40个小时(shí)的(de)详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用正常(cháng)的物质(zhì)和力(lì)学定律来解释的(de)。那(nà)么又有人提(tí)出(chū)，也许该(gāi)星(xīng不甚是什么意思解释，不甚了然是什么意思)系(xì)的暗物质(zhì)，已经被附(fù)近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它的附近(jìn)没有任何星系存(cún)在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能就是(shì)人(rén)类对引力(lì)的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在不同尺不甚是什么意思解释，不甚了然是什么意思度空间中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度(dù)中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间(jiān)的(de)相互作用则(zé)是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应(yīng)的(de)概念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成(chéng)立，这意味(wèi)着我们(men)需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这些发现也让很多(duō)人认为(wèi)暗(àn)物质假说理论就(jiù)此终结(jié)。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没法解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通(tōng)质(zhì)量都在星系的气体当(dāng)中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位于(yú)所有这些气体所在的中间区域(yù)。那(nà)么我(wǒ)们通过什么来(lái)验证它的质量(liàng)区(qū)域(yù)到底是(shì)不是集中在中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们可(kě)以明(míng)显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实(shí)这些星系本身并不是(shì)真的(de)被扭曲了，也不(bù)是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们(men)地球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的(de)天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超(chāo)大质量的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的(de)光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物质。

所以当人们(men)对(duì)子(zi)弹星系团(tuán)观测的(de)时候，发现它(tā)的大质量(liàng)区域并(bìng)不是在中间，而是在两(liǎng)侧(cè)。所(suǒ)以最好的(de)解释方法就(jiù)是当(dāng)星团(tuán)发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接(jiē)通(tōng)过了(le)这(zhè)个(gè)区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力(lì)透镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的理论(lùn)证据(jù)。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了(le)130多亿年(nián)之后，这些光(guāng)在宇宙空间背(bèi)景上留(liú)下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红色的部分(fēn)表示(shì)温度较(jiào)高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区(qū)域，但(dàn)实(shí)际上它们之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万(wàn)分之(zhī)一(yī)。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分(fēn)离后的二值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有(yǒu)暗(àn)物(wù)质，图(tú)形看(kàn)起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物质的(de)增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运(yùn)动所需(xū)要的暗(àn)物质比(bǐ)例是一(yī)致的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一(yī)个简单的(de)理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地解释了很(hěn)多不同的观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于(yú)找到(dào)了(le)暗(àn)物质存在(zài)的实际证据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科(kē)学家们已(yǐ)经提出(chū)了数十种的(de)假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒(lì)子所需要的(de)实验方式也不(bù)相同。在过去的几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相互(hù)作用的(de)“暗物质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质(zhì)性的发现，除(chú)了一个地方，意大(dà)利的(de)格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上最大(dà)的地学实验室，这个实(shí)验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层(céng)楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数(shù)据收集(jí)，人(rén)们发(fā)现了一个(gè)有趣(qù)的事情。探测率会(huì)在(zài)每年的6月份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年(nián)都(dōu)是(shì)一(yī)样。一(yī)些(xiē)科学家(jiā)认为这(zhè)可能是(shì)人类发现暗(àn)物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年(nián)度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意(yì)味着我们也(yě)在(zài)以这样(yàng)的速(sù)度(dù)在穿越着(zhe)暗物质流，这个过(guò)程中会产生相应的(de)振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年的时(shí)间，地球围绕(rào)太阳的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕(rào)银河系的方(fāng)向(xiàng)是一致(zhì)的，而另(lìng)外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这(zhè)是(shì)理论上地球穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了(le)最慢值。尽管在(zài)实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系相对银(yín)河(hé)系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这个(gè)理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也可(kě)能(néng)有其他(tā)的情况，造(zào)成这(zhè)种年度周期信号的差异也可能(néng)是(shì)温度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客(kè)的数量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半(bàn)球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动(dòng)特征(zhēng)和第一(yī)个实验室(shì)是一样的。

因(yīn)此，如果在(zài)这里(lǐ)可(kě)以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力(lì)的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一(yī)台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的(de)奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实(shí)验室粒子(zi)天体物(wù)理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果(guǒ)暗(àn)物质存(cún)在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或(huò)者说是生命进(jìn)化的一(yī)个重(zhòng)要因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论(lùn)得到进一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗(àn)物质会(huì)不会意味(wèi)着(zhe)人(rén)类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过(guò)这样的(de)效应(yīng)创造生命。当然，这(zhè)些(xiē)推论的(de)大前提是(shì)要先找到暗物质存在的实际证据(jù)。那(nà)么小伙伴们(men)，你们(men)觉得暗(àn)物(wù)质到底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力！

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