宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是什么(me)？人类为了寻找暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的证(zhèng)据(jù)，科(kē)学家们(men)在过去的(de)几十年当中进行了(le)超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的(de)有(yǒu)效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数(shù)学原(yuán)理一书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发(fā)表了(le)万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天(tiān)文(wén)学(xué)家们发现某些天体(tǐ)运行(xíng)轨道出现异(yì)常(cháng)，不符合(hé)万有引力(lì)定(dìng)律的时(shí)候(hòu)，他们(men)就会(huì)知道，周围一定有未知的(de)天体通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星(xīng)的发现都(dōu)是应用万(wàn)有引力定律所取得重大天文(wén)成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗(fú)里茨兹威基(jī)正在(zài)研究和测(cè)量后发(fā)星系团(tuán)的(de)质量。这是一个由数千(qiān)个星系所组成的巨(jù)大星(xīng)系团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质(zhì)量的(de)范围。

第一种是(shì)获得(dé)其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需要的(de)数据(jù)是(shì)测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动(dòng)力学质量的计(jì)算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星(xīng)系相对(duì)于星系(xì)团的运动速(sù)度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟然是(shì)“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不以可(kě)见(jiàn)光(guāng)的(de)形式(shì)所(suǒ)存在，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在测量(liàng)速(sù)度的过程中，兹威(wēi)基发现星系(xì)团中(zhōng)很多星系的速度比理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生的引(yǐn)力是无法(fǎ)将它(tā)们束缚在星系(xì)团内的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的力量在起(qǐ)作(zuò)用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维(wéi)基(jī)提出了(le)这(zhè)样(yàng)部分不可见的(de)暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质量。只(zhǐ)是当时的(de)人们对这(zhè)样的(de)一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词(cí)才再一次出(chū)现。天文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的(de)恒(héng)星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距离中(zhōng)心越远的(de)恒星在其轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们(men)观测(cè)的结果却让人(rén)感到不可(kě)思(sī)议。

随着与中心距离(lí)的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律，在星系(xì)当中如(rú)果没有(yǒu)足够(gòu)大(dà)的(de)质量(liàng)来吸引它(tā)们，这(zhè)些外围(wéi)的(de)恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当(dāng)中了。基(jī)于(yú)这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用一种相对标(biāo)准的方法来(lái)解释暗物(wù)质(zhì)的存(cún)在，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测量(liàng)星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中(zhōng)心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出(chū)现异常的结果，就(jiù)认为是(shì)由暗(àn)物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通过(guò)射电(diàn)望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星(xīng)系中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的(de)旋(xuán)转速度并不(bù)符合牛顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我们(men)的太阳系也(yě)不例外，太(tài)阳(yáng)系(xì)位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万(wàn)有引力定(dìng)律进行计(jì)算，太阳系的(de)运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银(yín)河(hé)系(xì)旋转，这个实际(jì)速度远(yuǎn)远大(dà)于(yú)理论速度(dù)，那么产生以上这种向心加速度的原因(yīn)很可(kě)能就(jiù)是存在着一(yī)种我们看不到的物(wù)质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的研(yán)究人(rén)员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒星轨道的(de)速度，估算(suàn)在(zài)星系当中暗物(wù)质(zhì)的质(zhì)量占(zhàn)整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一(yī)可以(yǐ)解(jiě)释这(zhè)个现象(xiàng)的(de)原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力(lì)效应的遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会出现(xiàn)速度上的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文学家还(hái)发现了一(yī)个反常的(de)星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中存(cún)在的恒星数量(liàng)却只有银河系的(de)千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须(xū)存(cún)在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析(xī)。但是科学家们(men)使用最(zuì)先进的望远镜对其进行(xíng)了(le)40个小时的详细测(cè)量(liàng)之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是(shì)可以(yǐ)用正常的(de)物质和力(lì)学定(dìng)律来解释(shì)的。那(nà)么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被(bèi)附(fù)近的另(lìng)一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近没(méi)有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还不够全(quán)面，引力很可能(néng)在不同尺度空间(jiān)中的工(gōng)作方(fāng)式是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿(yán)着它们的轨道(dào)，按照(zhào)我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用(yòng)则是不(bù)同(tóng)的方式。对于在星(xīng)系(xì)团之(zhī)间的相互作用(yòng)，科学家还引入(rù)了外部(bù)场效(xiào)应的概念(niàn)，指的是在(zài)数(shù)百万(wàn)光年的规模上(shàng)，巨(jù)大的质量(liàng)之间会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意味(wèi)着我们需要对现在的物理定(dìng)律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让很多人(rén)认为暗(àn)物(wù)质假说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于(yú)暗物质存(cún)在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没(méi)法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星(xīng)系的气体当(dāng)中(zhōng)。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际(jì)气体的(de)相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)就(jiù)会导(dǎo)致温度的急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系团大部分的(de)质量将位于(yú)所有这(zhè)些气体(tǐ)所在的中间区(qū)域。那么(me)我(wǒ)们通过什么(me)来验证它的质量区域(yù)到(dào)底(dǐ)是不是集(jí)中在中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第(dì)一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到(dào)很多(duō)星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的(de)形变。其实(shí)这些星系本(běn)身并不是真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也不(bù)是韦伯望远镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球(qiú)上的观(guān)测者之间。被一(yī)个质量超级(jí)巨(jù)大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量(liàng)的东西的(de)引力(lì)，会(huì)使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大(dà)的天体可能是(shì)超大质(zhì)量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对(duì)子弹星系(xì)团观测(cè)的时候，发现它的大质量(liàng)区(qū)域并不是在中(zhōng)间，而(ér)是(shì)在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是(shì)当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗(àn)物质(zhì)则直接(jiē)通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了(le)引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也(yě)被(bèi)认为是暗物质存在(zài)的迄(qì)今为(wèi)止最好的理论(lùn)证据(jù)。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于(yú)可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色(sè)的(de)部分表(biǎo)示温(wēn)度较(jiào)高的区域(yù)，蓝(lán)色则表示相对(duì)较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分(fēn)之一(yī)。

科(kē)学家们通过对(duì)前(qián)景背景分(fēn)离后(hòu)的二值(zhí)图(tú)像进行连通域(yù)提取和标记之后发(fā)现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图(tú)形看起来不应(yīng)该是这(zhè)样的(de)，而随着(zhe)暗物(wù)质(zhì)的(de)增加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐射的(de)测量值，我们需要的(de)暗物质大约是(shì)普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需(xū)要的暗物质(zhì)比例是(shì)一(yī)致的。这就(jiù)意味着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好(hǎo)地(dì)解(jiě)释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质(zhì)的(de)本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们(men)不参(cān)与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过(guò)引力来(lái)相互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底是(shì)什(shén)么？科(kē)学家(jiā)们已经(jīng)提出了(le)数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同(tóng)的(de)目标(biāo)粒(lì)子所需要的实验(yàn)方式也(yě)不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了(le)寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却(què)没有任何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意(yì)大(dà)利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球上(shàng)最大的地学实验室，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三(sān)层楼高的探测器，一直致力于寻找暗表示第一的词语四字，古代表示第一的词语物质(zhì)粒子的周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到(dào)了某种信号。经过了20多年的(de)数据收集，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探测(cè)率会在(zài)每年的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(zhōng)每年都是一样。一(yī)些科学(xué)家认(rèn)为这可能是人类发(fā)现暗物质的(de)第一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是(shì)为什么(me)暗物质会产生周期(qī)性的年(nián)度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们(men)也在(zài)以(yǐ)这(zhè)样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同时(shí)地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另(lìng)外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一致，这是(shì)理论上地(dì)球穿越暗物质流最快的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了(le)最(zuì)慢(màn)值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认为这可以用来(lái)解释，研(yán)究(jiū)人员们所观测到的(de)周期性(xìng)信号。当然也可(kě)能有其(qí)他的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎(hū)相同(tóng)的(de)实(shí)验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前的实验(yàn)室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗(àn)物质(zhì)流的运动(dòng)特征(zhēng)和(hé)第一个实(shí)验室是一样(yàng)的(de)。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同(tóng)的信号，就可以成为(wèi)暗物(wù)质所存在的非常有力的(de)证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截至目(mù)前(qián)还(hái)无(wú)法提供相应(yīng)的数据(jù)支(zhī)持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望远镜，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器提(tí)供的(de)视野是(shì)哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的用途(tú)就是探索暗物质背后的(de)奥(ào)秘，对于(yú)探测的结(jié)果，我(wǒ)们(men)只能拭目以待了。费(fèi)米(mǐ)实(shí)验室粒(lì)子(zi)天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究(jiū)发(fā)现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的(de)效应(yīng)，这种暗物质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或者(zhě)说(shuō)是(shì)生命进化的一个重要因素(sù)。

如(rú)果这一(yī)理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当表示第一的词语四字，古代表示第一的词语中的暗物质会不(bù)会意味着人类(lèi)并不孤(gū)单(dān)呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落(luò)的行星上，暗(àn)物质正在通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论(lùn)的大(dà)前(qián)提是要先(xiān)找到暗物(wù)质存在的(de)实际证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力！

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