宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟(jìng)是什(shén)么？人(rén)类为了(le)寻(xún)找(zhǎo)暗物(wù)质存在的证据，科学(xué)家(jiā)们在(zài)过去的(de)几十年当中进(jìn)行了超过(guò)50次的长期实验，但是(shì)却没(méi)有发现任何的有效证据。除(chú)了一(yī)个(gè)地方，在1687年出(chū)版的(de)自(zì)然哲(zhé)学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿发表了(le)万有引力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙中天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行(xíng)轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围(wéi)一(yī)定(dìng)有未知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过(guò)天王(wáng)星运行轨道(dào)的异常，推(tuī)算(suàn)并且(qiě)发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万(wàn)有引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重大天文(wén)成就(jiù)的例(lì)子。但(dàn)是这些发现都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可(kě)当(dāng)我(wǒ)们上(shàng)升到(dào)星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗(fú)里茨(cí)兹威(wēi)基正在研究(jiū)和测量后发星(xīng)系团的(de)质量。这是一个由(yóu)数千个星系(xì)所组成的巨大星系(xì)团，这些(xiē)星(xīng)系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系(xì)团的(de)质量一(yī)般会使用(yòng)到两种方法，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定其质量的(de)范(fàn)围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要(yào)的数据(jù)是(shì)测量各个(gè)星系的(de)光(guāng)度(dù)。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个(gè)星系(xì)相对于星系团的运(yùn)动速度(dù)。当测量结(jié)果出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵了(le)，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的质量(liàng)消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所存在，我们(men)无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是(shì)，在测量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系团(tuán)中很多星系的(de)速度比理论(lùn)上(shàng)要(yào)快(kuài)得多，按照牛(niú)顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产(chǎn)生的(de)引力是(shì)无法(fǎ)将它们束缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它(tā)们(men)早(zǎo)就应该被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力(lì)量(liàng)在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物(wù)质。

据(jù)此(cǐ)，兹维(wéi)基提出(chū)了这样部分不(bù)可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大(dà)部(bù)分的(de)质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次(cì)出(chū)现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福(fú)特(tè)在(zài)观测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒(héng)星在其轨道上的运行(xíng)速度(dù)就会越(yuè)慢(màn)。但是他们观测的(de)结(jié)果(guǒ)却让人感到(dào)不(bù)可思议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持不(bù)变。可(kě)是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量(liàng)来吸引它(tā)们，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于(yú)这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对(duì)标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存(cún)在，这种方(fāng)法(fǎ)就是(shì)测量(liàng)星系当(dāng)中气体在X轴上距离星(xīng)系中心(xīn)的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度(dù)。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质(zhì)的力量进入(rù)其中。

于是科(kē)学(xué)家们通过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更(gèng)远距离(lí)的氢元素(sù)，发现它(tā)们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符合(hé)牛(niú)顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河系的(de)第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河(hé)系中(zhōng)心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳(yáng)系的运行速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论(lùn)速(sù)度(dù)，那么产生以上这种向心加速度的原(yuán)因很可能就是存在(zài)着一种我们看不(bù)到的物质，是(shì)这些暗物(wù)质(zhì)的引力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，日本还敢不敢打中国，日本未来会打中国人吗越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存(cún)在。科(kē)学家根据(jù)星(xīng)系外恒星(xīng)轨道的速度，估(gū)算在星(xīng)系当(dāng)中暗物质(zhì)的质量占整个(gè)星(xīng)系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一(yī)可(kě)以解释这个现象的(de)原因。在一项新(xīn)的研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没有引力效(xiào)应的遥(yáo)远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会(huì)出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文学家还发(fā)现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离(lí)地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存(cún)在的恒(héng)星数(shù)量却只有(yǒu)银河系(xì)的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就(jiù)会分崩离(lí)析(xī)。但(dàn)是科学家们使用最先进的(de)望远镜对其进行了(le)40个(gè)小时的(de)详细测量之(zhī)后，发现星(xīng)系(xì)中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和力学定律来解(jiě)释的。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一(yī)个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗(àn)物(wù)质的(de)假说之外，另一种可(kě)能就是人(rén)类对(duì)引力(lì)的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是上升到星系(xì)和星(xīng)团的尺度，引力之间(jiān)的(de)相互(hù)作用(yòng)则是不同的方(fāng)式。对于在星系团(tuán)之间(jiān)的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效(xiào)应的(de)概念(niàn)，指的是在数百万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨(jù)大的(de)质量(liàng)之(zhī)间会产(chǎn)生对(duì)彼此特(tè)殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我(wǒ)们(men)需要对现在的(de)物理定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗(àn)物质假说理(lǐ)论就此终结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关(guān)于暗物质(zhì)存在的其(qí)他的理论证据(jù)，这(zhè)些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子(zi)弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成(chéng)，类(lèi)似(shì)这样的星团，它(tā)们大(dà)部分(fēn)的(de)普通(tōng)质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时(shí)候，星际(jì)气体的(de)相互作用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹星系团大(dà)部分的质量将(jiāng)位于所有日本还敢不敢打中国，日本未来会打中国人吗(yǒu)这些气体所在的中(zhōng)间区域(yù)。那么我们通过(guò)什(shén)么(me)来验证它的质(zhì)量区域到底是不是集(jí)中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张全彩的高清(qīng)照片(piàn)，在照片中我们(men)可以明显地看(kàn)到很(hěn)多星系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大(dà)的形(xíng)变。其实(shí)这些星系(xì)本身并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么问(wèn)题，而(ér)是(shì)这样(yàng)极(jí)遥(yáo)远的(de)天体和我们地球上的观测(cè)者(zhě)之间。被一个(gè)质量超(chāo)级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的(de)光(guāng)都(dōu)发(fā)生了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发(fā)现它的(de)大质量(liàng)区域并不(bù)是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解(jiě)释(shì)方法就是(shì)当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被观测到的(de)质(zhì)量气(qì)体被卡在了(le)中间，暗(àn)物质(zhì)则直(zhí)接通过了这个区域，并(bìng)在两(liǎng)边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜(jìng)研究(jiū)也被(bèi)认(rèn)为是(shì)暗物质(zhì)存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于(yú)可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分(fēn)表示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差(chà)只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图(tú)像进行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该是这样的(de)，而(ér)随着暗物(wù)质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们(men)需要的暗(àn)物(wù)质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒(héng)星运动所需要的暗物质(zhì)比例是(shì)一致的。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了(le)一个简(jiǎn)单(dān)的理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗物质的(de)本质就是宇宙当中存在着(zhe)某(mǒu)种类型(xíng)的(de)粒(lì)子，它们不参与任(rèn)何其他(tā)的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相(xiāng)互(hù)作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就相当于找到了(le)暗物质存(cún)在(zài)的实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经(jīng)提(tí)出了(le)数十种的(de)假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子所需(xū)要的实(shí)验(yàn)方(fāng)式(shì)也不相(xiāng)同。在过去的几(jǐ)十年当中，人(rén)类为了寻找这(zhè)些(xiē)看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不会(huì)与常规(guī)物质相(xiāng)互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们已经进(jìn)行了超(chāo)过50次(cì)的实验，却没有任(rèn)何实质性(xìng)的发(fā)现，除了一个地(dì)方，意大利(lì)的格(gé)兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上最大的(de)地学实(shí)验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探(tàn)测器(qì)，一(yī)直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声(shēng)称观测到(dào)了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收(shōu)集(jí)，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会(huì)在每年的6月份达到(dào)峰值(zhí)，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(kē)学家认为这可能是(shì)人类发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳(yáng)系(xì)正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着我们(men)也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半(bàn)年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系(xì)的(de)方向是(shì)一致的，而(ér)另外半年则(zé)与之相反。

而在(zài)6月(yuè)份的时候，地(dì)球与太阳的方(fāng)向正好(hǎo)达(dá)到完(wán)全一致，这(zhè)是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情况中，太(tài)阳系相对银河系的(de)平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来(lái)解释，研究人员们所观测到的(de)周期(qī)性信号。当然(rán)也可(kě)能(néng)有其他的情况(kuàng)，造成这种年(nián)度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高(gāo)山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连(lián)意大(dà)利游(yóu)客的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半(bàn)球建立了一个几乎相同(tóng)的(de)实(shí)验室(shì)，这里(lǐ)的(de)季(jì)节与之(zhī)前(qián)的(de)实(shí)验(yàn)室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质流的运动(dòng)特(tè)征和(hé)第一(yī)个实(shí)验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信号(hào)，就可以成(chéng)为暗物质所(suǒ)存在的非常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由于这(zhè)个(gè)实验室刚(gāng)刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法(fǎ)提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发(fā)射一台新的望远镜，这台(tái)太空(kōng)望(wàng)远镜叫(jiào)做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗(luó)曼(màn)太空望远镜(jìng)其(qí)中一(yī)个(gè)关键的用途就是(shì)探索暗(àn)物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待了(le)。费米实验室(shì)粒子(zi)天体物理(lǐ)中心(xīn)的(de)科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化的一(yī)个(gè)重要因素(sù)。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或许在宇宙当(dāng)中某个(gè)角落的行(xíng)星上(shàng)，暗(àn)物(wù)质正在通过这样的效应创(chuàng)造(zào)生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在的(de)实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗(àn)物(wù)质到底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新的动力！

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