宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什么(me)？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在(zài)过(guò)去的几十年当中进(jìn)行了超过(guò)50次的长期实验(yàn)，但是(shì)却(què)没有(yǒu)发(fā)现任何的有效证据(jù)。除了一个地方(fāng)，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学数学(xué)原理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表了万有(yǒu)引力(lì)定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天(tiān)文(wén)学家们发(fā)现某些天体(tǐ)运行轨道出现异(yì)常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道，周围一(yī)定有未知的(de)天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过(guò)天王星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了(le)海王(wáng)星的(de)存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有(yǒu)引力定(dìng)律所(suǒ)取得重大(dà)天文成(chéng)就的(de)例子。但(dàn)是这些发现都(dōu)是在恒星系统的(de)尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事(shì)情就(jiù)开始(shǐ)变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研究和测(cè)量后发星系团的质量。这是一个由数千(qiān)个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨(jù)大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就可(kě)以确(què)定其(qí)质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个(gè)星(xīng)系的光度。

第二种是动力(lì)学质量(liàng)的计算，是利(lì)用(yòng)光谱红移测量星(xīng)系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结(jié)果出来(lái)之(zhī)后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后发座(zuò)星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所(suǒ)存(cún)在(zài)，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的(de)过程(chéng)中，兹(zī)威(wēi)基发现星系团(tuán)中(zhōng)很(hěn)多星(xīng)系的速度(dù)比(bǐ)理论上要(yào)快得多，按照牛(niú)顿的运(yùn)动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所(suǒ)产生的(de)引(yǐn)力是无法将它们束缚在(zài)星系(xì)团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该被抛(pāo)出星系(xì)团之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘(mì)的力量(liàng)在起作用，这种力量来(lái)源于(yú)某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝(jué)大(dà)部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的(de)人们对这样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特在(zài)观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动(dòng)。理论上来(lái)说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的(de)恒星在(zài)其轨道上的(de)运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却让人感到不(bù)可思(sī)议(yì)。

随着与中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于(yú)这种现象，科学家们会(huì)使用(yòng)一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就是(shì)测量星系当中气体在X轴上距(jù)离星系中心的(de)距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出(chū)现异常的结(jié)果，就认为是由暗物(wù)质的(de)力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望远镜测(cè)量(liàng)了(le)距离星系中心更远距(jù)离(lí)的氢(qīng)元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系也不例外(wài)，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于(yú)理论速度，那么(me)产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因(yīn)很可能就是(shì)存在着一种我(wǒ)们看不到的物(wù)质，是这些暗物(wù)质的引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道(dào)的速度，估算在(zài)星系当中(zhōng)暗(àn)物质(zhì)的质量占整个星(xīng)系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学(xué)家们(men)发(fā)现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学(xué)家(jiā)还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但(dàn)是星系当中存在的(de)恒星数量却只有银河(hé)系的(de)千分之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是(shì)科学家们(men)使(shǐ)用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发(fā)现星系中的恒(héng)星运动是可以用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释(shì)的。那么(me)又有人(rén)提出，也(yě)许该星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近(jìn)的另(lìng)一个(gè)大星系(xì)剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗物质的假说(shuō)之(zhī)外(wài)，另(lìng)一(yī)种可能就是(shì)人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不够(gòu)全面，引力(lì)很可能在(zài)不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不(bù)同(tóng)的(de)，这意(yì)味(wèi)着在行(xíng)星(xīng)系尺度中的(de)天体(tǐ)会(huì)沿着(zhe)它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运(yùn)动(dòng)。但(dàn)是上升到(dào)星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作(zuò)用则(zé)是不同的方(fāng)式(shì)。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科(kē)学家还(hái)引(yǐn)入了外(wài)部(bù)场效应(yīng)的(de)概念，指的是(shì)在数百(bǎi)万光年的规(guī)模上(shàng)，巨大的质(zhì)量之间会产生对(duì)彼此特(tè)殊的效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人认(rèn)为暗物质假说理论就此(cǐ)终(zhōng)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证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组成，类似这样(yàng)的(de)星团，它们大部(bù)分的(de)普通质量都在星(xīng)系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所有这些气体所在的(de)中间区域。那(nà)么我们通过什(shén)么来验(yàn)证它的质量区域到(dào)底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太(tài)空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变(biàn)。其实这些星(xīng)系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么(me)问题，而是(shì)这样极遥远的(de)天(tiān)体和(hé)我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的(de)引力(lì)，会(huì)使身后更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发(fā)生了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是引力透镜效应。这个(gè)巨大的(de)天(tiān)体可能(néng)是(shì)超大质量的黑洞或(huò)者是(shì)暗物质。

所以当人们(men)对子弹(dàn)星系团(tuán)观测的时候(hòu)，发(fā)现它的(de)大质量区域并不是在中间(jiān)，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的(de)解释方法(fǎ)就(jiù)是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡(kǎ)在了(le)中间(jiān)，暗蒋经国的母亲是谁 蒋纬国的亲生父亲母亲是谁物质(zhì)则直接(jiē)通过了这个区(qū)域，并在(zài)两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的(de)引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证据。

除(chú)此之外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了(le)130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了(le)各相同性的微波辐射(shè)。其中红色的部(bù)分表示温(wēn)度较(jiào)高的区域，蓝(lán)色则(zé)表示相对较冷的(de)区(qū)域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分(fēn)离后的二值图像(xiàng)进行(xíng)连通(tōng)域提取(qǔ)和标记之后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是(shì)这(zhè)样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值(zhí)的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射的(de)测量值，我们需要(yào)的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例是一致的(de)。这就(jiù)意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单的理论框(kuāng)架(jià)，就很好地解释(shì)了很(hěn)多不同(tóng)的(de)观测结果(guǒ)。而暗物质的(de)本(běn)质就是宇宙当中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子(zi)，它们不参与任(rèn)何其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来相(xiāng)互(hù)作用。所以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒(lì)子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒子到(dào)底是什(shén)么(me)？科学家(jiā)们已经提(tí)出了(le)数十种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要(yào)寻找这些不同的(de)目(mù)标(biāo)粒(lì)子所需要的实验(yàn)方式也不相同。在(zài)过去的几十(shí)年当中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的(de)实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了一个(gè)地方(fāng)，意大利的格(gé)兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属(shǔ)于(yú)阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着地(dì)球上最大的地学实(shí)验(yàn)室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到了(le)某(mǒu)种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多(duō)年的数据(jù)收集，人(rén)们发现了一(yī)个(gè)有趣的(de)事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗物质的第一个(gè)直接证(zhèng)据。

但是(shì)为什么(me)暗物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲了太(tài)阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我们也在以(yǐ)这样(yàng)的(de)速度(dù)在穿越着暗物质流，这(zhè)个过(guò)程(chéng)中(zhōng)会产生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的(de)方向正好达到完全(quán)一(yī)致(zhì)，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流(liú)最快的时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰(qià)好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实(shí)际(jì)的(de)情(qíng)况中，太(tài)阳系相对银河系的平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影(yǐng)响这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因此(cǐ)科学家认为(wèi)这可以用来解释，研(yán)究人员们所观(guān)测(cè)到的周期性信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这种年(nián)度周(zhōu)期信号的(de)差异(yì)也可(kě)能是温度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连(lián)意大(dà)利游客(kè)的数量(liàng)也(yě)符(fú)合这个(gè)周(zhōu)期的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同(tóng)的实验室(shì)，这里的季节与之前的实验室(shì)正好相反，而(ér)在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第(dì)一(yī)个实验(yàn)室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相(xiāng)同(tóng)的(de)信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非(fēi)常有(yǒu)力的证据(jù)了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截(jié)至目前还(hái)无法(fǎ)提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键(jiàn)的用途(tú)就(jiù)是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以(yǐ)待(dài)了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科(kē)学家(jiā)丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在(zài)，它们极有可(kě)能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这(zhè)种暗(àn)物质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步(bù)的(de)证实，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会(huì)意(yì)味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个(gè)角(jiǎo)落的(de)行星上，暗(àn)物质正在通(tōng)过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是(shì)要先找到(dào)暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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