宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么(me)？人类为了寻找暗物质存在(zài)的(de)证(zhèng)据，科学家们在过去的几十(shí)年当(dāng)中进(jìn)行了超(chāo)过50次的长期实(shí)验(yàn)，但(dàn)是却(què)没有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了万(wàn)有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的几百年来(lái)，当天(tiān)文学家们发现(xiàn)某(mǒu)些天(tiān)体运行轨道(dào)出现(xiàn)异常(cháng)，不符(fú)合万有引力定律(lǜ)的时候，他们(men)就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引(yǐn)力(lì)在摄(shè)动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海王(wáng)星的存在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都是应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所(suǒ)取得重大天(tiān)文成就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒(héng)星(xīng)系统的(de)尺度当中，可当我们上升到(dào)星系(xì)或者(zhě)是星团的尺度(dù)，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和(hé)测量后(hòu)发星(xīng)系团的质量(liàng)。这是一(yī)个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些(xiē)星(xīng)系被引力束缚在(zài)一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到两种方法，当(dāng)两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其(qí)质量的(de)范围。

第(dì)一种是获得其(qí)"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的(de)光(guāng)度(dù)。

第二种是(shì)动(dòng)力学质量的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团(tuán)中的各个(gè)星系相(xiāng)对(duì)于(yú)星系(xì)团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所(suǒ)存(cún)在(zài)，我们(men)无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基发现星系(xì)团中很多星系的(de)速(sù)度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见(jiàn)星系的(de)质量(liàng)所产(chǎn)生的引(yǐn)力(lì)是无法将它们束缚在(zài)星系团内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了(le)，除非有一(yī)种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提(tí)出了这(zhè)样(yàng)部分不可见的暗质，它(tā)不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据(jù)着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分的质量。只(zhǐ)是(shì)当时(shí)的人们对这(zhè)样的一(yī)种说法不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再一次(cì)出现。天文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道上的运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但是他们观测的(de)结果却让人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着(zhe)与中心距(jù)离的(de)增加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可(kě)是根据(jù)牛(niú)顿的(de)万有引力定律，在星(xīng)系当(dāng)中如果没有足够(gòu)大的质量来(lái)吸引它(tā)们，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相对标准的(de)方法(fǎ)来解释(shì)暗物质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是(shì)测(cè)量星(xīng)系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星(xīng)系中心(xīn)的(de)距离(lí)，以及(jí)在Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出现(xiàn)异(yì)常(cháng)的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了(le)距(jù)离(lí)星系(xì)中心更(gèng)远距离的氢元素，发现(xiàn三国时期中国有多少人口面积，三国时期中国有多少人口和面积)它们的旋(xuán)转速度并(bìng)不符合牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的第三悬臂之上，距(jù)离银(yín)河(hé)系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引(yǐn)力(lì)定律进(jìn)行计(jì)算，太(tài)阳系的运行速(sù)度应(yīng)该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实际(jì)上，太(tài)阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于(yú)理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种向(xiàng)心加速度的(de)原(yuán)因很可能就是存在着(zhe)一(yī)种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来(lái)越多的研(yán)究人(rén)员开始相信(xìn)暗物(wù)质的存在。科学家根(gēn)据(jù)星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的(de)速(sù)度，估算(suàn)在星(xīng)系(xì)当中(zhōng)暗物质的质量(liàng)占整个(gè)星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有(yǒu)引力(lì)效应的(de)遥远恒星之间，也(yě)会出现(xiàn)速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学(xué)家还发现了一个反(fǎn)常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中存在(zài)的恒(héng)星数量却(què)只有(yǒu)银河系的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在(zài)理论(lùn)上，该(gāi)星系必须存在(zài)暗物质(zhì)，否则就会(huì)分崩离析(xī)。但是(shì)科(kē)学家们使用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行了(le)40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常(cháng)的物质和力学(xué)定律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗(àn)物质，已经被附近的(de)另一个(gè)大星系剥离(lí)了。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近没有任(rèn)何星系存在(zài)。造(zào)成这些现象(xiàng)的(de)除了暗物质(zhì)的假说之(zhī)外，另一(yī)种可能就是人类对引(yǐn)力(lì)的理(lǐ)解还不(bù)够(gòu)全面(miàn)，引力很(hěn)可(kě)能在不(bù)同尺度空间中(zhōng)的(de)工作(zuò)方式是不(bù)同的，这意味(wèi)着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着(zhe)它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用(yòng)则(zé)是不同的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的(de)物理定律进行修正，这(zhè)些发现也(yě)让很(hěn)多人认为暗(àn)物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证据(jù)是(shì)蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子(zi)弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的(de)星系团(tuán)所组成，类(lèi)似(shì)这样的(de)星团，它们大部分的普通(tōng)质(zhì)量(liàng)都(dōu)在(zài)星系的(de)气(qì)体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际(jì)气体的相互作用就(jiù)会导致温度(dù)的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分(fēn)的质(zhì)量将位于(yú)所有(yǒu)这(三国时期中国有多少人口面积，三国时期中国有多少人口和面积zhè)些(xiē)气体所在的中间(jiān)区域。那(nà)么我们通过(guò)什么来验证它(tā)的质量区域到底是不是集中(zhōng)在中(zhōng)间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本(běn)身并不是真(zhēn)的(de)被扭曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了(le)什么(me)问题(tí)，而是(shì)这样极遥(yáo)远的天(tiān)体(tǐ)和我们地球上的(de)观(guān)测者之(zhī)间(jiān)。被一个质量超级巨大(dà)的(de)天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量的(de)东西(xī)的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的(de)光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透(tòu)镜效(xiào)应。这(zhè)个巨(jù)大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团(tuán)观(guān)测的时候(hòu)，发现它的(de)大质量区(qū)域(yù)并不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解(jiě)释方法(fǎ)就是当星(xīng)团(tuán)发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的(de)质量气(qì)体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过(guò)了这个区(qū)域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的迄(qì)今(jīn)为止最(zuì)好(hǎo)的理论证据(jù)。

除此之外(wài)，还(hái)有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅通(tōng)无(wú)阻(zǔ)地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微(wēi)波(bō)辐(fú)射。其(qí)中红(hóng)色的(de)部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷(lěng)的区域，但实际(jì)上它(tā)们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们(men)通过(guò)对前景(jǐng)背景(jǐng)分(fēn)离后(hòu)的二值图像进行(xíng)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(xíng)看起来(lái)不应(yīng)该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一些峰值的(de)幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我们(men)需要的暗物(wù)质大约是(shì)普通物质的(de)5倍(bèi)。这个数(shù)字(zì)与(yǔ)解释(shì)星系当中恒星运动所(suǒ)需要的(de)暗物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的(de)理(lǐ)论(lùn)框架(jià)，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多不同的观测结果(guǒ)。而(ér)暗物(wù)质的本(běn)质就是宇宙当(dāng)中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不参与任何其他(tā)的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果能够找到(dào)这种粒(lì)子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒(lì)子到底(dǐ)是什(shén)么？科学家们已经(jīng)提出了数十种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要(yào)寻找这(zhè)些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过(guò)50次(cì)的实验(yàn)，却没有任何实(shí)质性的发现，除了(le)一个地方，意大(dà)利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大(dà)的地(dì)学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三(sān)层楼高(gāo)的探测器，一直致力(lì)于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的(de)科学家声称观测到了(le)某种信号。经过了(le)20多年的数(shù)据收集，人们(men)发现了一个有趣的事(shì)情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然(rán)后(hòu)在11月降到最低，而且在(zài)20年(nián)当中(zhōng)每(měi)年都是一样(yàng)。一些(xiē)科学家认(rèn)为这可能是人类发(fā)现暗物质的第一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗(àn)物质(zhì)会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围(wéi)绕(rào)着(zhe)银河系(xì)进行(xíng)移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时(shí)地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所以有半年的(de)时间，地(dì)球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕(rào)银(yín)河系的(de)方向是一致的，而另外半(bàn)年(nián)则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的(de)方向正好达到(dào)完全一致，这(zhè)是理论上地球(qiú)穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快(kuài)的时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系(xì)的(de)平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个(gè)理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可(kě)以用(yòng)来解释，研究人员们所观(guān)测(cè)到的周期性信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造(zào)成这种年(nián)度周期信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合(hé)这(zhè)个周期的规(guī)律。

所以，科学(xué)家(jiā)们(men)又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季(jì)节与(yǔ)之前的实(shí)验室正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特(tè)征和第一个(gè)实验(yàn)室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号(hào)，就可(kě)以成为暗物质所存在(zài)的非常有力的(de)证据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以(yǐ)截(jié)至目(mù)前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃(bó)红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的(de)结果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以待了(le)。费米实验室粒(lì)子(zi)天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化(huà)的(de)一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得(dé)到进一(yī)步(bù)的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会(huì)不会(huì)意味着(zhe)人类并不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推(tuī)论的(de)大(dà)前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物质存在的(de)实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们(men)觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支(zhī)持是我更(gèng)新的(de)动力！

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