宇宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为何(hé)会存(cún)在科学无法解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为(wèi)了寻(xún)找暗物(wù)质存在的证据(jù)，科(kē)学家(jiā)们在过去(qù)的(de)几(jǐ)十年当中进(jìn)行了超过50次的长期实(shí)验，但是却没有发(fā)现任何(hé)的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学(xué)原理(lǐ)一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后(hòu)的几百年(nián)来，当天文学家(jiā)们发现某些(xiē)天体运行轨道(dào)出现异(yì)常，不符(fú)合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会(huì)知道(dào)，周围一(yī)定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄(shè)动(dòng)它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通过(guò)天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且(qiě)发(fā)现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有引(yǐn)力(lì)定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天文(wén)成就的例子。但(dàn)是这些发现都是在(zài)恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升(shēng)到星系或(huò)者是星团的尺度(dù)，事情(qíng)就(jiù)开始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物(wù)理学家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在研究和测(cè)量后发星系团的质量。这是一(yī)个由(yóu)数千个星(xīng)系(xì)所组成的(de)巨大(dà)星(xīng)系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的(de)质(zhì)量一般会使用(yòng)到(dào)两种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致，就可以确定(dìng)其质(zhì)量的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是(shì)获得其(qí)"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需(xū)要的数(shù)据是测(cè)量各(gè)个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的(de)计算(suàn)，是利(lì)用(yòng)光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测量(liàng)结(jié)果出来(lái)之(zhī)后(hòu)，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系(xì)团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失了(le)，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的(de)形式所存在，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是(shì)，在测量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的(de)速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿二氧化氮是不是酸性氧化物，一氧化二氮的作用与功效的运动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可见星系(xì)的质量所产生(shēng)的(de)引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一(yī)种神(shén)秘(mì)的(de)力量在起(qǐ)作(zuò)用，这(zhè)种力量来(lái)源于(yú)某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基提出(chū)了这样部分(fēn)不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部(bù)分的质量(liàng)。只是(shì)当时的人们对(duì)这样的一种说法不(bù)屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天(tiān)文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨道上的(de)运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可(kě)思(sī)议。

随着与中心(xīn)距离的(de)增加，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系(xì)当中如果没有足够大(dà)的质量来(lái)吸引它们，这些(xiē)外围(wéi)的恒星(xīng)早(zǎo)就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这种现象，科(kē)学家们会使(shǐ)用一种相对(duì)标准的(de)方(fāng)法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气体在X轴上(shàng)距(jù)离(lí)星系中心的(de)距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力(lì)量进入(rù)其中。

于是(shì)科学家们(men)通(tōng)过射电望远镜测量了(le)距(jù)离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不(bù)符合(hé)牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太(tài)阳系位于银(yín)河系的第三(二氧化氮是不是酸性氧化物，一氧化二氮的作用与功效sān)悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定(dìng)律进(jìn)行计算，太(tài)阳系的运行(xíng)速度应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围绕(rào)银河系(xì)旋(xuán)转，这(zhè)个实际(jì)速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的(de)原因很(hěn)可(kě)能就是(shì)存在着一种我们看不到的物(wù)质，是这些(xiē)暗物(wù)质的引力效(xiào)应将(jiāng)星系(xì)聚集在(zài)了一起。

也(yě)是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来(lái)越多的研究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物质(zhì)的存在(zài)。科学(xué)家根据星系外恒星轨道(dào)的速(sù)度，估算在(zài)星(xīng)系当(dāng)中暗(àn)物质的质(zhì)量(liàng)占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的研究(jiū)当(dāng)中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之(zhī)间，也会(huì)出(chū)现(xiàn)速度上(shàng)的微小差异。另外，天(tiān)文(wén)学家(jiā)还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银河系的(de)千分(fēn)之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该星系必(bì)须存在暗(àn)物质，否则(zé)就会分崩(bēng)离析。但是科学家(jiā)们(men)使用(yòng)最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的(de)恒星运动是可以用正常的(de)物(wù)质和力学定律来解(jiě)释的。那(nà)么又有人提(tí)出，也许该(gāi)星系的暗物(wù)质，已经被附近的(de)另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的(de)附(fù)近没有任何(hé)星系存在。造成这些现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理(lǐ)解还不(bù)够全面，引力很可(kě)能(néng)在不同尺度空间(jiān)中的工(gōng)作方式(shì)是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我(wǒ)们所理解的方式(shì)运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作(zuò)用，科学(xué)家还引入了(le)外部场效应的概念，指的是在(zài)数(shù)百万光年的(de)规模上，巨大(dà)的质量之间会产生对(duì)彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需(xū)要对现在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这些(xiē)发(fā)现也让很多人(rén)认为暗物(wù)质假说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质(zhì)存在的(de)其他(tā)的理(lǐ)论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没(méi)法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光(guāng)年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这样的(de)星团(tuán)，它们大部分(fēn)的普通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的(de)时(shí)候，星际(jì)气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就(jiù)会导致温度(dù)的急剧升(shēng)高(gāo)，速(sù)度大(dà)幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分(fēn)的质(zhì)量将位于(yú)所有这些气(qì)体所在的中间区域(yù)。那么(me)我们(men)通过(guò)什么(me)来验(yàn)证(zhèng)它的质量区域到底是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的(de)高清照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们(men)可(kě)以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是(shì)这样(yàng)极遥远的(de)天体和我们地(dì)球上的观测者之间。被(bèi)一个(gè)质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引力(lì)，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都发(fā)生了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应(yīng)。这个巨(jù)大的天(tiān)体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的(de)大质量区(qū)域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了(le)这(zhè)个区(qū)域，并在两边(biān)形成了(le)引力透镜。对子弹(dàn)星系(xì)团的引(yǐn)力透镜(jìng)研(yán)究也被认(rèn)为是暗物(wù)质存在的迄今为止最(zuì)好的(de)理论证据。

除此之(zhī)外，还(hái)有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始(shǐ)，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光终(zhōng)于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留(liú)下了各(gè)相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分(fēn)表示(shì)温度较高的区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示(shì)相对较冷(lěng)的区域，但实(shí)际(jì)上它们之间(jiān)的温差(chà)只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学(xué)家们通过对(duì)前(qián)景(jǐng)背景(jǐng)分离后的二值(zhí)图像进行连(lián)通域(yù)提取和(hé)标记之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的(de)测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物(wù)质的(de)5倍。这个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质(zhì)比例是(shì)一致的(de)。这(zhè)就意味着。

用了(le)一个简单(dān)的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多(duō)不同的(de)观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这种粒子的(de)存(cún)在，就相当于找到(dào)了暗(àn)物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是(shì)什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的(de)假想目标，而要寻找这(zhè)些不同(tóng)的目标粒子所需要的(de)实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在过去的几(jǐ)十年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质(zhì)相互(hù)作用的(de)“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却二氧化氮是不是酸性氧化物，一氧化二氮的作用与功效没有(yǒu)任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处的(de)地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地(dì)学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了(le)某(mǒu)种信号。经过了20多年的(de)数据(jù)收集，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会(huì)在每年的6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后在11月降到(dào)最(zuì)低，而且在(zài)20年当中每年都是一(yī)样。一(yī)些(xiē)科(kē)学家认为这(zhè)可能(néng)是人类发(fā)现暗物质的(de)第一(yī)个(gè)直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那(nà)么如(rú)果暗物质存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意(yì)味着我们也(yě)在以这(zhè)样的速度在穿越着(zhe)暗物(wù)质流(liú)，这个过程中(zhōng)会产生相应的(de)振荡，同(tóng)时地球(qiú)又以30公里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转。所以(yǐ)有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河(hé)系(xì)的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球(qiú)与太(tài)阳的方(fāng)向正好达到完全(quán)一致，这(zhè)是理(lǐ)论(lùn)上地(dì)球穿(chuān)越(yuè)暗物质流(liú)最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈(chéng)现了60度的(de)倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的(de)有效性。

因此科学(xué)家认为这(zhè)可以用来解(jiě)释(shì)，研究人员(yuán)们(men)所观测到(dào)的周期性(xìng)信号(hào)。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年度周期信号的(de)差异也可能(néng)是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大利游客(kè)的(de)数量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的(de)季节与(yǔ)之前(qián)的实验室正好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和(hé)第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里(lǐ)可(kě)以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存(cún)在的非常(cháng)有力的证据了。但是由(yóu)于这个(gè)实验室(shì)刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供(gōng)的(de)视(shì)野是哈勃红外仪(yí)器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键(jiàn)的用(yòng)途就是(shì)探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的科(kē)学家(jiā)丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯(sī)特芬研究(jiū)发(fā)现，如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质存在，它们(men)极有可能拥(yōng)有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会(huì)支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个重要因(yīn)素(sù)。

如(rú)果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)的(de)暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个(gè)角落的行(xíng)星上，暗物(wù)质正在通过这样(yàng)的(de)效应创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先找到暗物质存(cún)在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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