宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进(jìn)行了(le)超过(guò)50次的(de)长期实(shí)验，但是却没(méi)有发(fā)现任何的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学(xué)数(shù)学(xué)原理一书(shū)中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发(fā)表(biǎo)了万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规律。往后的(de)几百(bǎi)年来，当天文学家们发(fā)现(xiàn)某(mǒu)些(xiē)天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万(wàn)有引力定律的时(shí)候(hòu)，他(tā)们就(jiù)会知道，周(zhōu)围一(yī)定有未知的天体通过引力在摄动它的(de)轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通过天王(wáng)星运行轨道(dào)的异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有引力定律(lǜ)所(suǒ)取得(dé)重(zhòng)大天(tiān)文(wén)成就的例子(zi)。但是这些(xiē)发(fā)现都(dōu)是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升(shēng)到(dào)星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量后(hòu)发(fā)星系团的质量。这是一个由(yóu)数千(qiān)个星系所(suǒ)组成的(de)巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系(xì)团的质(zhì)量一般(bān)会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可(kě)以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需要(yào)的数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的(de)计算，是利用光谱红移测量星系团(tuán)中(zhōng)的(de)各(gè)个星系相对于(yú)星系团的运动速度。当测(cè)量结果出(chū)来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可见光的形式(shì)所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在(zài)测量(liàng)速度的(de)过程中，兹威基发(fā)现(xiàn)星系团(tuán)中很多星系的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产生(shēng)的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团(tuán)内的，它(tā)们早就应(yīng)该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可(kě)见的暗(àn)质，它(tā)不发(fā)散光(guāng)、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却占据(jù)着宇宙中绝大(dà)部(bù)分的质量。只是当时的人(rén)们(men)对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在观测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的(de)恒星运(yùn)动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运(yùn)行速度就(jiù)会越慢。但是他(tā)们(men)观(guān)测的(de)结(jié)果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加(jiā)，恒(héng)星的旋转速(sù)度几乎(hū)保持不变(biàn)。可(kě)是根据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律，在星系(xì)当中(zhōng)如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会(huì)使用一种相对标(biāo)准的(de)方法来(lái)解释暗物质的(de)存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度(dù)并不(bù)符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不(bù)例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度(dù)应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远远大(dà)于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速(sù)度的原因(yīn)很可能就是存在着一种我们看(kàn)不(bù)到的(de)物质，是(shì)这些暗物质的(de)引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也(yě)是从(cóng)这(zhè)时开始，越来越多的研究(jiū)人(rén)员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家(jiā)根(gēn)据(jù)星系外恒星(xīng)轨道的速度(dù)，估(gū)算在(zài)星系当(dāng)中暗物(wù)质的质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并(bìng)不是唯(wéi)一可以解释(shì)这(zhè)个现象(xiàng)的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的(de)研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力(lì)效(xiào)应的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现速(sù)度上的(de)微(wēi)小差异。另外，天文(wén)学家还发(fā)现(xiàn)了一个(gè)反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗(àn)物(wù)质(zhì)，否则就会分崩离析(xī)。但是(shì)科学家们使(shǐ)用(yòng)最(zuì)先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出(chū)，也(yě)许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附(fù)近没(méi)有任何(hé)星系存在(zài)。造成这些现象的除了暗(àn)物质的(de)假说之外，另一种可(kě)能就是人类(lèi)对引力(lì)的理解(jiě)还(hái)不(bù)够全面，引力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度(dù)空间中的工作方(fāng)式是不同(tóng)的，这意(yì)味着在行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体会沿着(zhe)它们(men)的轨(guǐ)道(dào)，按(àn)照我们(men)所理解(jiě)的(de)方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力(lì)之间的(de)相(xiāng)互作(zuò)用则是不同(tóng)的方(fāng)式。对(duì)于在星系团(tuán)之(zhī)间的相互(hù)作用，科学家还引入了(le)外(wài)部(bù)场(chǎng)效应的概念，指(zhǐ)的是(shì)在数百万光年(nián)的规模上，巨(jù)大(dà)的质量之间会产生(shēng)对彼此特(tè)殊的效果，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对(duì)现(xiàn)在的物理(lǐ)定律(lǜ)进行修正，这些发现也让(ràng)很(hěn)多(duō)人认为暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其(qí)他(tā)的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰(pèng)撞的星(xīng)系团所组成，类(lèi)似(shì)这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质量都(dōu)在星系的气(qì)体当(dāng)中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际(jì)气体的(de)相互作用就会导致(zhì)温度的(de)急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的(de)质(zhì)量(liàng)将位于所(suǒ)有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我们通(tōng)过什么来验证它的质量区域到底是不是(shì)集中在(zài)中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张全彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照片中我们可(kě)以明显地看(kàn)到很(hěn)多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其(qí)实这些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜(jìn充电宝100wh等于多少毫安g)出了什么问(wèn)题(tí)，而(ér)是(shì)这样极(jí)遥远的(de)天体和我们地球上的观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量的(de)东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲(qū)。这(zhè)个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天(tiān)体(tǐ)可能是超大质量的(de)黑洞(dòng)或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观测(cè)的时候，发现它的大质量(liàng)区域(yù)并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团(tuán)发生全(quán)部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在(zài)两边形(xíng)成了引力(lì)透镜。对子(zi)弹星系团(tuán)的(de)引力透镜(jìng)研究也被认(rèn)为是暗(àn)物质存在的迄今(jīn)为(wèi)止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留(liú)下了(le)各相同性的微波辐射(shè)。其中红(hóng)色的(de)部(bù)分表(biǎo)示温度较高的(de)区(qū)域(yù)，蓝色则表示相对(duì)较(jiào)冷的区域(yù)，但实际上它们之间(jiān)的温差只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家(jiā)们通(tōng)过对前景(jǐng)背景分离后的二值图(t充电宝100wh等于多少毫安ú)像进行连(lián)通域提(tí)取和标记之后发(fā)现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的(de)幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的(de)测(cè)量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒星运动所需(xū)要(yào)的暗物质(zhì)比例(lì)是(shì)一致的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了(le)一个简单的(de)理(lǐ)论框(kuāng)架，就很(hěn)好地解释(shì)了很多不同(tóng)的观(guān)测结果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存(cún)在着某(mǒu)种类型的(de)粒子，它们(men)不参(cān)与任何其他的(de)电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相当于找到(dào)了暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什(shén)么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实(shí)验方式也不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次(cì)的实验(yàn)，却(què)没有任何实质性的发(fā)现，除(chú)了一个地方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地(dì)下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称(chēng)观测到了(le)某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年的(de)数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月(yuè)份(fèn)达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一(yī)些科学家认为这可能是人类发(fā)现暗物质的第(dì)一(yī)个直(zhí)接证据。

但是为什么(me)暗物质会产生周(zhōu)期性(xìng)的年(nián)度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着(zhe)我们也在(zài)以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程(chéng)中会产(chǎn)生(shēng)相应(yīng)的(de)振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半年(nián)的(de)时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕(rào)银(yín)河(hé)系的方向是一致的，而(ér)另外半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候(hòu)，地(dì)球与(yǔ)太阳的方向正好(hǎo)达(dá)到完全一致，这是(shì)理论上(shàng)地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达(dá)到(dào)了最慢值(zhí)。尽管在实际的(de)情(qíng)况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银河系(xì)的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并(bìng)不(bù)影(yǐng)响(xiǎng)这个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这可以用来(lái)解释，研究人员们(men)所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可(kě)能有其(qí)他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种(zhǒng)年度(dù)周(zhōu)期信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的数量(liàng)也符合这个周期的(de)规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南(nán)半(bàn)球建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里的季节与之前(qián)的实验室(shì)正好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动特征(zhēng)和第一(yī)个实验(yàn)室是一样(yàng)的(de)。

因(yīn)此，如(rú)果在(zài)这里(lǐ)可以得到(dào)相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据(jù)了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还(hái)无法提供相应(yīng)的数据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探(tàn)索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果(guǒ)，我们(men)只能(néng)拭目以待了(le)。费(fèi)米(mǐ)实(shí)验室粒(lì)子天体(tǐ)物(wù)理(lǐ)中(zhōng)心的(de)科学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会(huì)支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一(yī)步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个(gè)角落的行星上，暗物(wù)质正在通过这样(yàng)的(de)效(xiào)应创造生命。当然(rán)，这些推(tuī)论(lùn)的大前提是要先找到暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的实际(jì)证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴们(men)，你们(men)觉(jué)得暗物质到底存(cún)不存在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力！

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