宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会(huì)存在科学无法解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为(wèi)了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过(guò)去的几十年当(dāng)中进行(xíng)了超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但(dàn)是(shì)却没有发现(xiàn)任何的有效(xiào)证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲学(xué)数(shù)学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了(le)万(wàn)有引力定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们(men)发(fā)现(xiàn)某些天体(tǐ)运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们就会(huì)知道，周围一定有未知的(de)天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运(yùn)行轨道的(de)异常，推算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥(míng)王(wáng)星的发(fā)现都是应用万有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现(xiàn)都是在(zài)恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是(shì)星团的尺度，事(shì)情(qíng)就(jiù)开白面水鸡是几级保护，白面水鸡是保护动物吗始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测(cè)量后发星系团的(de)质(zhì)量。这是一(yī)个由数(shù)千个星(xīng)系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到(dào)两种方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结(jié)果(guǒ)一(yī)致，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度(dù)。

第(dì)二种是动力学(xué)质(zhì)量的(de)计算，是利用光谱红(hóng)移(yí)测量星(xīng)系团中的各(gè)个星系相对于星系团(tuán)的(de)运动速度。当测量结果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星系(xì)团有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所(suǒ)存在，我们(men)无(wú)法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的(de)过程中，兹威基发(fā)现星系团中很多(duō)星系的速度(dù)比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生(shēng)的(de)引力(lì)是无法将它(tā)们束(shù)缚在(zài)星系团内的(de)，它们早就应(yīng)该被抛出(chū)星系(xì)团之外(wài)了(le)，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量(liàng)来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这(zhè)样部(bù)分不可见的暗质，它(tā)不(bù)发(fā)散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人(rén)们对(duì)这(zhè)样(yàng)的(de)一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再一次出现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上(shàng)的(de)运行速度就会越(yuè)慢。但是(shì)他们观测的(de)结果(guǒ)却让(ràng)人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根(gēn)据(jù)牛(niú)顿的(de)万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这(zhè)种方法就是测量星(xīng)系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上气(qì)体的旋转速(sù)度(dù)。如果出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物(wù)质(zhì)的(de)力(lì)量进入(rù)其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜测(cè)量(liàng)了距(jù)离(lí)星系(xì)中心更远距离的氢(qīng)元素(sù)，发(fā)现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合(hé)牛顿的力(lì)学定律。我们(men)的(de)太阳系也(yě)不例外，太(tài)阳(yáng)系(xì)位于银河系的第三(sān)悬(xuán)臂之(zhī)上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行计算，太(tài)阳系的运白面水鸡是几级保护，白面水鸡是保护动物吗行速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远远大(dà)于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心加速(sù)度的(de)原因(yīn)很(hěn)可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是(shì)这些(xiē)暗物质的引力效应(yīng)将(jiāng)星系(xì)聚集在了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时(shí)开始，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据(jù)星(xīng)系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个(gè)现象(xiàng)的(de)原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科(kē)学家们(men)发现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应(yīng)的(de)遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微(wēi)小差异。另外(wài)，天文学(xué)家还发现了(le)一个反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系(xì)不多，但是星系(xì)当(dāng)中存在的恒星数(shù)量却只有银河系的(de)千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科(kē)学家们使用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒(héng)星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解释的。那么(me)又有人(rén)提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附(fù)近的另一个大(dà)星系剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它(tā)的(de)附近没有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成这(zhè)些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺度中的(de)天体会沿着它们(men)的轨道，按(àn)照(zhào)我们所理解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度(dù)，引力(lì)之间的相互作(zuò)用则是不同的方(fāng)式(shì)。对于在星系团之(zhī)间的相互(hù)作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万光(guāng)年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定(dìng)律进(jìn)行修正，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质(zhì)假说理论就此终结(jié)。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还(hái)有关于暗物质存在(zài)的其他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的(de)子弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的(de)普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所(suǒ)有这些(xiē)气体所在的(de)中间区域。那么我们通过(guò)什么来验(yàn)证它(tā)的质量区(qū)域到底是(shì)不是集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其(qí)实这些星(xīng)系本身并(bìng)不(bù)是真的被扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了什么问题，而(ér)是这样极(jí)遥远的(de)天体和我(wǒ)们地球上(shàng)的观测(cè)者(zhě)之(zhī)间(jiān)。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力(lì)，会使身(shēn)后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就(jiù)是引力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星(xīng)系(xì)团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并(bìng)不是(shì)在中间，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以最好的解释方(fāng)法就是当(dāng)星团发生全(quán)部(bù)的(de)碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测(cè)到的(de)质量气(qì)体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了(le)这个区(qū)域，并在(zài)两边形(xíng)成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对(duì)子弹(dàn)星系(xì)团的(de)引力(lì)透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在(zài)的迄(qì)今为止最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留(liú)下了各相同性的微(wēi)波辐(fú)射。其(qí)中红色的(de)部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的温差(chà)只有万分之一。

科学家们(men)通过(guò)对前景背景分离后(hòu)的(de)二值(zhí)图像进行连通(tōng)域提取和(hé)标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该(gāi)是这样(yàng)的(de)，而(ér)随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度(dù)会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变(biàn)得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景(jǐng)辐射的(de)测量值，我们需要(yào)的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解(jiě)释星系当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论(lùn)框架，就很好地解释(shì)了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的(de)本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某种(zhǒng)类(lèi)型(xíng)的粒子(zi)，它们(men)不参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如(rú)果能(néng)够找到这种粒子(zi)的(de)存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在的实际(jì)证(zhèng)据(jù)。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十(shí)种的假想目标(biāo)，而要(yào)寻找这些(xiē)不同的目(mù)标粒子所需要的(de)实验方(fāng)式也不(bù)相同(tóng)。在(zài)过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规(guī)物质相互作用的(de)“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们已经进行(xíng)了超过(guò)50次(cì)的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的(de)格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上最大的地(dì)学实验室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层(céng)楼高的探(tàn)测器，一(yī)直致力于寻(xún)找暗物质粒子(zi)的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里的科(kē)学家(jiā)声称(chēng)观测到了(le)某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多(duō)年的数(shù)据收(shōu)集，人们发(fā)现了一个有趣的事(shì)情。探测率会(huì)在每年(nián)的(de)6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每(měi)年都是一样。一些科(kē)学(xué)家认为这(zhè)可能是人类发现暗物质的第(dì)一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进(jìn)行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳的方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外半(bàn)年(nián)则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的(de)方(fāng)向正好达(dá)到完全(quán)一(yī)致，这(zhè)是理(lǐ)论上地(dì)球穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认为(wèi)这可以用(yòng)来(lái)解释，研究(jiū)人(rén)员们所观测到的周期性(xìng)信号。当然也可(kě)能(néng)有其他的(de)情况，造成这(zhè)种年度周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游客的(de)数量也符合(hé)这个周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南(nán)半(bàn)球建立(lì)了一个(gè)几乎相同(tóng)的实验室，这里的(de)季节(jié)与之前(qián)的实验室(shì)正(zhèng)好相反，而(ér)在这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质(zhì)流的(de)运动特征和(hé)第(dì)一(yī)个实(shí)验室是(shì)一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得到(dào)相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所存(cún)在的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截(jié)至目(mù)前还(hái)无法提供(gōng)相应的数据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈(hā)勃(bó)红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途(tú)就是探(tàn)索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测的结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物(wù)质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得(dé)到(dào)进一(yī)步的证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着(zhe)人(rén)类并不(bù)孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物(wù)质正在通过(guò)这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这(zhè)些(xiē)推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的(de)支(zhī)持是我更新的动力！

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