宇宙是“人为制造(zào)”的？为(wèi)何会存在科学(xué)无法解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是(shì)什么？人(rén)类为(wèi)了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在(zài)过(guò)去的几十年当中进行(xíng)了超过50次(cì)的长期(qī)实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然(rán)哲学(xué)数学(xué)原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表(biǎo)了(le)万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的(de)规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当天文(wén)学家(jiā)们发现某些(xiē)天(tiān)体运行(xíng)轨道出(chū)现异常，不(bù)符(fú)合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一(yī)定有未(wèi)知(zhī)的天(tiān)体通过引力在(zài)摄动它(tā)的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这些发(fā)现都是(shì)在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上(shàng)升到星系或(huò)者是星团的尺度(dù)，事情(qíng)就开(kāi)始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发(fā)星系团的质(zhì)量(liàng)。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结(jié)果一(yī)致(zhì)，就可以确(què)定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其"光度学的质(zhì)量"，需要(yào)的数据是(shì)测量各(gè)个星系(xì)的光度(dù)。

第二种是(shì)动力学(xué)质量的计算(suàn)，是(shì)利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个(gè)星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基(jī)彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学(xué)质量”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了，或(huò)者说这99%的(de)质量并不(bù)以可(kě)见光的形式(shì)所存在，我们(men)无法看到(dào)。最诡异的是(shì)，在测量速(sù)度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发(fā)现星系团中很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠(kào)这些可见星(xīng)系的质量所产生的引力(lì)是无法将它们束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团之外了(le)，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的力量(liàng)在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见的(de)暗质，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人们对(duì)这样(yàng)的(de)一(yī)种说法(fǎ)不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在观测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星(xīng)在其轨(guǐ)道上的运行速(sù)度(dù)就(jiù)会越(yuè)慢(màn)。但是他们(men)观测(cè)的(de)结果却(què)让人(rén)感到不(bù)可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的(de)恒(héng)星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一(yī)种相对标(biāo)准的方法来(lái)解释暗物(wù)质的存在(zài)，这种方(fāng)法就是测(cè)量星系当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星(xīng)系中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现异常的结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它(tā)们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不(bù)例(lì)外，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律(lǜ)进行计算，太(tài)阳(yáng)系(xì)的运行速度(dù)应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的原因(yīn)很(hěn)可能就(jiù)是存在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应(yīng)将星系聚(jù)集在了(le)一起。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来越多的(de)研究人(rén)员开始(shǐ)相信暗(àn)物质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒(héng)星(xīng)轨道的速度，估算在星系(xì)当中(zhōng)暗(àn)物质的质量占整(zhěng)个(gè)星(xīng)系质量的(de)85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是唯一可以解释(shì)这(zhè)个(gè)现象的原因。在一(yī)项新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应(yīng)的遥远恒星之(zhī)间，也会出(chū)现速(sù)度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学(xué)家还发(fā)现了一个反常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银河系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否(fǒu)则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但是科学(xué)家们(men)使用(yòng)最(zuì)先(xiān)进(jìn)的(de)望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的(de)物质和力学(xué)定律来解释的(de)。那么(me)又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近(jìn)的(de)另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的(de)是，它(tā)的附近没(méi)有任何星系存(cún)在。造成(chéng)这些(xiē)现象的(de)除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种(zhǒng)可能(néng)就是人(rén)类对引(yǐn)力的(de)理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空(kōng)间中的(de)工作方式是不同(tóng)的，这(zhè)意味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的(de)天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用(yòng)则是不同的方式。对(duì)于在(zài)星系团之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应(yīng)的(de)概(gài)念，指的是(shì)在数(shù)百(bǎi)万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这意味着我们(men)需要(yào)对现在的物理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现也让很(hěn)多(duō)人认(rèn)为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据(jù)是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的子(zi)弹星系(xì)团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类似(shì)这样的(de)星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在(zài)星系(xì)的气(qì)体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的(de)时(shí)候，星际气体的相互作(zuò)用就(jiù)会导致温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速度大(dà)幅降低。所以在(zài)理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子(zi)弹(dàn)星系(xì)团大部分的质量将位于所有这些(xiē)气体所在的(de)中间区(qū)域。那么(me)我们(men)通过(guò)什么来验证它(tā)的质量区域到(dào)底(dǐ)是不是(shì)集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)200克等于多少毫升水，200克是多少ml水太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当(dāng)中第一200克等于多少毫升水，200克是多少ml水张全(quán)彩的(de)高清照片，在照片中(zhōng)我们(men)可(kě)以明(míng)显地看到(dào)很多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸产生了巨大的(de)形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯(bó)望远镜出(chū)了什么问题，而是(shì)这样极遥(yáo)远的天体(tǐ)和我们地球(qiú)上的观测者之间。被(bèi)一个质(zhì)量超(chāo)级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量的(de)东(dōng)西(xī)的引力，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引力透镜效应(yīng)。这个巨大(dà)的(de)天体可(kě)能是超大质量的黑洞或(huò)者是(shì)暗(àn)物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团(tuán)观测的时候，发(fā)现它的大质量区域并不是在中间(jiān)，而是(shì)在两侧(cè)。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释方法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可被观测到(dào)的(de)质(zhì)量(liàng)气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接(jiē)通(tōng)过了这个(gè)区域(yù)，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的(de)迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见(jiàn)光终于(yú)可以(yǐ)畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿(yì)年之后，这些光在(zài)宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同(tóng)性(xìng)的微波(bō)辐射(shè)。其中红色的部分表示温(wēn)度较高的(de)区域，蓝色则表示(shì)相对(duì)较冷的(de)区域，但实际上(shàng)它们(men)之(zhī)间的温(wēn)差只有万分(fēn)之一(yī)。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分(fēn)离后的二值(zhí)图像(xiàng)进(jìn)行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应(yīng)该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射的(de)测量值，我们(men)需要的暗物(wù)质大约是(shì)普通物质(zhì)的(de)5倍。这个数字(zì)与解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例(lì)是一致的。这就意(yì)味(wèi)着。

用了一(yī)个(gè)简单的理(lǐ)论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测(cè)结果。而(ér)暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子(zi)，它们(men)不参与任何其他(tā)的(de)电磁作用，只通过引(yǐn)力(lì)来相(xiāng)互(hù)作用。所以如(rú)果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存(cún)在(zài)的实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已经提(tí)出了数(shù)十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会(huì)与常规物(wù)质相互(hù)作用的(de)“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山(shān)，隶(lì)属于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球(qiú)上(shàng)最大的地学实(shí)验室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子(zi)的(de)周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测(cè)到(dào)了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了20多年的数(shù)据(jù)收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年(nián)的6月份(fèn)达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是(shì)一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一(yī)个(gè)直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围绕着银(yín)河系进行移(yí)动(dòng)，那么如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流(liú)，这个过程(chéng)中会产生相应(yīng)的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕太(tài)阳(yáng)进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年(nián)的时(shí)间，地球围绕太(tài)阳的(de)方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向(xiàng)是(shì)一致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一(yī)致，这(zhè)是(shì)理论上地球(qiú)穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达(dá)到了最慢值。尽管在(zài)实(shí)际的情况中，太(tài)阳系相对银河系(xì)的平(píng)面呈(chéng)现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不(bù)影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学(xué)家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员们所观测(cè)到(dào)的周期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量(liàng)也符合(hé)这个周(zhōu)期的(de)规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建立(lì)了(le)一个几乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和(hé)第(dì)一个实验室(shì)是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的(de)证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚(gāng)建成不(bù)久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应的(de)数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼(màn)太空望远镜其中一个(gè)关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家(jiā)丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬(fēn)研(yán)究发(fā)现，如果(guǒ)暗(àn)物质存(cún)在，它(tā)们极有可能(néng)拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗(àn)物(wù)质效应，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的(de)诞(dàn)生，或者(zhě)说是(shì)生(shēng)命进(jìn)化的一个重要(yào)因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的(de)证实，那(nà)么(me)遍布宇宙当中的暗(àn)物质会(huì)不(bù)会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的(de)行星上(shàng)，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这样的效(xiào)应(yīng)创造生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质存在(zài)的实(shí)际证据(jù)。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持是(shì)我更新的动力！

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