宇宙是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会存在(zài)科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类(lèi)为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家(jiā)们(men)在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过(guò)50次(cì)的长期实验，但是(shì)却没有发现任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天(tiān)体运动(dòng)的规律。往后的(de)几百年来，当天文(wén)学家们发现某些(xiē)天(tiān)体运行轨道(dào)出现异常，不(bù)符合(hé)万(wàn)有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发(fā)现了海王星(xīng)的存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力定(dìng)律所(suǒ)取得(dé)重(zhòng)大天文成就(jiù)的例子。但(dàn)是这(zhè)些(xiē)发现都是(shì)在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星系团的质量。这(zhè)是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系(xì)团(tuán)，这些星(xīng)系被引力(lì)束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一致，就(jiù)可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要的数据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量(liàng)星系(xì)团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动力(lì)学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的(de)质量消失了(le)，或(huò)者(zhě)说这99%的质(zhì)量(liàng)并(bìng)不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们(men)无(wú)法看到。最(zuì)诡异(yì)的(de)是，在(zài)测量速(sù)度的过(guò)程中，兹(zī)威基发现星(xīng)系(xì)团中很(hěn)多星系的速(sù)度比理论上(shàng)要(yào)快得(dé)多(duō)，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的引力(lì)是无法将它们束缚(fù)在星系(xì)团内的，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛出星系团之外(wài)了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了(le)这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它们却(què)占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大(dà)部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨道(dào)上的运(yùn)行速(sù)度(dù)就会越慢。但是(shì)他(tā)们(men)观(guān)测的结果却让人(rén)感到不(bù)可思议。

随着(zhe)与中心距离的(de)增加(jiā)，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿(dùn)的(de)万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当中如(rú)果没有足够大的(de)质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对(duì)标准的(de)方(fāng)法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中心的(de)距(jù)离(lí)，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如(rú)果出现异(yì)常的(de)结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物质的(de)力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测量了距离(lí)星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它们(men)的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳(yáng)系位于(yú)银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据(jù)万有(yǒu)引力定律进行(xíng)计(jì)算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的(de)速度围(wéi)绕(rào)银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这(zhè)个(gè)实际速度远远大(dà)于理论速(sù)度(dù)，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的(de)原因很可能就是存(cún)在着一种我(wǒ)们看不到的(de)物质，是(shì)这些暗物质的引力(lì)效应将(jiāng)星(xīng)系(xì)聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究人员(yuán)开(kāi)始相信(xìn)暗物(wù)质的(de)存在。科学家根据(jù)星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速(sù)度(dù)，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是(shì)唯一可以(yǐ)解释这个(gè)现象的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们(men)发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出(chū)现速(sù)度上的微小差异(yì)。另外，天文(wén)学家还发现了一个反(fǎn)常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量(liàng)却只有银(yín)河系(xì)的千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论上，该星系(xì)必须(xū)存在(zài)暗物质，否则就会分崩(bēng)离析(xī)。但(dàn)是科学(xué)家们使用最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其(qí)进行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常的物质和(hé)力学定律来解释的(de)。那(nà)么(me)又有人提(tí)出，也许(xǔ)该星系的暗物质(zhì)，已经(jīng)被附近的另一个大(dà)星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星系存(cún)在。造成(chéng)这(zhè)些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质的(de)假说之外，另一种可(kě)能就是人类对引力的理解还不够全(quán)面(miàn)，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作(zuò)方(fāng)式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到(dào)星系和(hé)星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用(yòng)则是不(bù)同的(de)方式(shì)。对于在(zài)星系团之间(jiān)的相互作用(yòng)，科学家还引入了外(wài)部(bù)场(chǎng)效(xiào)应的(de)概念，指的是(shì)在(zài)数百(bǎi)万光年的(de)规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我(wǒ)们需(xū)要对现(xiàn)在的物理定律进(jìn)行(xíng)修正，这(zhè)些发现(xiàn)也(yě)让很多(duō)人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质(zhì)存在的其他(tā)的理论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的(de)普通质量都(dōu)在星系(xì)的气体当中。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温(wēn)度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于(yú)所有这些气体所在的中间区(qū)域(yù)。那(nà)么(me)我们通过什么来验证蟑螂爬过的地方有细菌吗 蟑螂可以彻底消灭吗(zhèng)它的(de)质量(liàng)区域(yù)到底(dǐ)是不是集(jí)中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张(zhāng)全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在照(zhào)片中我们可(kě)以明(míng)显地看(kàn)到(dào)很(hěn)多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系(xì)本身(shēn)并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨大的(de)天(tiān)体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物(wù)质(zhì)。

所(suǒ)以当人(rén)们(men)对子(zi)弹(dàn)星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所(suǒ)以最(zuì)好的解释方(fāng)法就是当星团发生全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观测到的(de)质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则(zé)直接通过(guò)了这个区(qū)域，并在两边形成(chéng)了(le)引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为(wèi)是(shì)暗(àn)物质存(cún)在的迄今为止最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光(guāng)终(zhōng)于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了(le)130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其中红(hóng)色的部(bù)分表示(shì)温度(dù)较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的(de)区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学家们通过(guò)对(duì)前(qián)景(jǐng)背景分(fēn)离后(hòu)的二值图像(xiàng)进行(xíng)连(lián)通(tōng)域提取(qǔ)和标(biāo)记之后发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没(méi)有暗物质，图形看(kàn)起来不应该(gāi)是(shì)这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量(liàng)值，我们(men)需要(yào)的暗物质(zhì)大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星(xīng)系当中(zhōng)恒星运(yùn)动所(suǒ)需要的暗物质(zhì)比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了(le)一个简单的(de)理论框架，就很好地(dì)解释了很多不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存(cún)在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任(rèn)何其他(tā)的(de)电磁作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒(lì)子的存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到了暗物质存在的(de)实(shí)际证据(jù)。这种粒子到底是(shì)什(shén)么？科(kē)学家们已经(jīng)提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这(zhè)些(xiē)不同的目标粒(lì)子所需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了(le)寻(xún)找这些(xiē)看不(bù)见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规(guī)物质(zhì)相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了(le)超过(guò)50次的实验，却没有任何实质(zhì)性(xìng)的发现，除了(le)一(yī)个(gè)地方，意大利的格(gé)兰(lán)萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的(de)地学实验(yàn)室，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼(lóu)高(gāo)的(de)探测器，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周期(qī)性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观(guān)测到了某(mǒu)种(zhǒng)信(xìn)号。经过了(le)20多(duō)年(nián)的数(shù)据收集，人们(men)发现了一个有趣的事情(qíng)。探(tàn)测(cè)率会在每年的6月份(fèn)达到(dào)峰值(zhí)，然(rán)后(hòu)在(zài)11月降(jiàng)到(dào)最低，而(ér)且在20年当(dāng)中(zhōng)每年都是(shì)一样。一(yī)些科学家认为这可能是(shì)人类发现(xiàn)暗物质的第一个(gè)直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什么暗物(wù)质(zhì)会产生周期性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会产(chǎn)生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕银河系的方向是(shì)一(yī)致的(de)，而另(lìng)外(wài)半年则与(yǔ)之相反。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完全一(yī)致，这(zhè)是理论上(shàng)地球(qiú)穿越暗(àn)物(wù)质(zhì)流(liú)最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达到了(le)最慢(màn)值。尽管在实际的(de)情(qíng)况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研(yán)究人员们(men)所观测到的(de)周(zhōu)期性信号。当然(rán)也(yě)可能有其(qí)他的情况，造成这(zhè)种年度周(zhōu)期信号的差异也可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在(zài)南半球建立了(le)一(yī)个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节(jié)与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第一个实(shí)验室是一(yī)样的(de)。

因此，如(rú)果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成(chéng蟑螂爬过的地方有细菌吗 蟑螂可以彻底消灭吗)为暗物质所存在的非常有力(lì)的证(zhèng)据(jù)了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所以截至(zhì)目(mù)前还无法提供相(xiāng)应的(de)数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望(wàng)远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提(tí)供(gōng)的视(shì)野是哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望远镜其(qí)中(zhōng)一(yī)个(gè)关键(jiàn)的(de)用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费米(mǐ)实验室粒(lì)子天体物理中心的(de)科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬(fēn)研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支(zhī)持(chí)宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一(yī)理论得到(dào)进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的(de)暗物(wù)质会不会意味(wèi)着人(rén)类并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物(wù)质正在通过这样的效应创造(zào)生(shēng)命。当(dāng)然，这些推(tuī)论(lùn)的大前提(tí)是(shì)要(yào)先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗(àn)物(wù)质到底(dǐ)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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