宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在(zài)科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什么(me)？人类为(wèi)了寻(xún)找暗物(wù)质存在的证据(jù)，科学家们在过(guò)去的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但是却没(méi)有(yǒu)发现任何的有效证据。除(chú)了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体运动的(de)规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当(dāng)天文学家(jiā)们(men)发现某(mǒu)些天(tiān)体运(yùn)行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)的时候，他(tā)们(men)就(jiù)会知道(dào)，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过天王星运(yùn)行轨道的异(yì)常，推算并(bìng)且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的(de)发现都是(shì)应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天(tiān)文成就的(de)例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒星(xīng)系统的尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我们上升到(dào)星系(xì)或者是星团的尺度(dù)，事情(qíng)就开始变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发星(xīng)系团的质量。这(zhè)是一个由数千个星系(xì)所组成(chéng)的(de)巨大(dà)星系团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量(liàng)一(yī)般会使用到(dào)两(liǎng)种方法，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一(yī)致，就可以(yǐ)确(què)定(dìng)其(qí)质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学的(de)质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系(xì)的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移(yí)测量星系(xì)团中的各个星系相(xiāng)对于(yú)星系团(tuán)的运动速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座(zuò)星系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并(bìng)不以可(kě)见光的形式所(suǒ)存(cún)在，我们(men)无(wú)法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很(hěn)多星系(xì)的(de)速度比(bǐ)理论上要(yào)快得多，按照牛(niú)顿的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见星系的质量(liàng)所产生(shēng)的引力是无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘(mì)的力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出(chū)了这(zhè)样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分的(de)质(zhì)量。只是(shì)当时(shí)的人(rén)们对这样的(de)一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个(gè)词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在(zài)观测仙女(nǚ)座星(xīng)系(xì)中的恒星(xīng)运动(dòng)。理论(lùn)上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨道上的(de)运行(xíng)速度就会越慢。但是(shì)他们(men)观(guān)测的结果却让人(rén)感到不可思(sī)议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒(héng)星的旋转速度(dù)几乎(hū)保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如(rú)果没有足(zú)够大的(de)质量来吸(xī)引它们，这(zhè)些(xiē)外围(wéi)的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使(shǐ)用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗(àn)物(wù)质的存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是测量星(xīng)系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认(rèn)为是由(yóu)暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距(jù)离星系中心更(gèng)远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的(de)力学(xué)定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的(de)第三(sān)悬臂之上，距(jù)离银(yín)河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据万有(yǒu)引力(lì)定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕银河(hé)系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速(sù)度的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们(men)看不到的物质(zhì)，是(shì)这(zhè)些暗物(wù)质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的研(yán)究人(rén)员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据(jù)星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物(wù)质的(de)质量(liàng)占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学家(jiā)们(men)发现，几乎没有引力(lì)效(xiào)应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小差(chà)异(yì)。另外，天(tiān)文(wén)学(xué)家还发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银河系(xì)不(bù)多，但(dàn)是(shì)星系当(dāng)中存(cún)在(zài)的恒星数量却(què)只有(yǒu)银河(hé)系(xì)的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学(xué)家们(men)使用最先(xiān)进的望远镜对其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后(hòu)，发(fā)现(xiàn)星系(xì)中的恒星运动是可以用正常的(de)物质和力学(xué)定律来解释(shì)的。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也(yě)许该星系的暗物质(zhì)，已经被(bèi)附近的另一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪的是，它(tā)的附近没(méi)有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可能就是人类(lèi)对引(yǐn)力的理解(jiě)还(hái)不够全面，引力很可能(néng)在不同尺度空间中的(de)工作(zuò)方式是(shì)不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动(dòng)。但是(shì)上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则(zé)是不同的方式。对于在星(xīng)系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了(le)外部(bù)场(chǎng)效应的(de)概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模(mó)上，巨大的(de)质(zhì)量之间会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效(xiào)果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)成立，这意味(wèi)着我们需要(yào)对现在(zài)的物理定(dìng)律(lǜ)进行修(xiū)正，这(zhè)些(xiē)发(fā)现也让很(hěn)多人认为暗物质(zhì)假说理论(lùn)就此(cǐ)终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在(zài)的其他(tā)的理论证据，这(zhè)些理论证据是(shì)蒙德(dé)理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组成(chéng)，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星(xīng)系的(de)气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际(jì)气体(tǐ)的(de)相互作用(yòng)就(jiù)会导致温(wēn)度的急(jí)剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所(suǒ)有这些(xiē)气(qì)体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那么我(wǒ)们通过什(shén)么(me)来验证它的质量区(qū)域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空望(wàng)远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照(zhào)片中我们可以明显(xiǎn)地看(kàn)到很多(duō)星系(xì)似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问(wèn)题，而是这样(yàng)极遥远的天(tiān)体和我们地球上(shàng)的观测(cè)者之间。被(bèi)一个(gè)质(zhì)量超(chāo)级(jí)巨大的(de)天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质量的东(dōng)西的引(yǐn)力，会使身后更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子(zi)弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不(bù)是在中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的(de)解释方(fāng)法就(jiù)是当(dāng)星(xīng)团(tuán)发生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了(le)引力透镜。对子弹星系团的(de)引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄(qì)今为(wèi)止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古老的(de)光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分(fēn)表示(shì)温度(dù)较高的区(qū)域(yù)，蓝色则(zé)表(biǎo)示相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之(zhī)间的(de)温差只有万(wàn)分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离(lí)后的二值图像(xiàng)进行连通域提取(qǔ)和标记之后(hòu)发现(xiàn)，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该是这(zhè)样的，而随(suí)着暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度会减小，才变(biàn)得看起(qǐ)来(lái)“和(hé)谐”。北约可以灭掉俄罗斯吗，北约为什么对抗俄罗斯为(wèi)了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的(de)测量值，我们(men)需要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系(xì)当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一(yī)致的。这就意(yì)味(wèi)着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单的(de)理论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与(yǔ)任(rèn)何其他的(de)电磁作用，只通过引力(lì)来相互(hù)作(zuò)用。所(suǒ)以如(rú)果能(néng)够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找到了(le)暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们(men)已经提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻(xún)找这(zhè)些(xiē)不同的(de)目标粒子所需要的实验方式也不(bù)相同。在过去(qù)的几十年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常(cháng)规物质(zhì)相互(hù)作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行(xíng)了超过50次(cì)的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地(dì)方(fāng)，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的(de)地(dì)学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直(zhí)致(zhì)力(lì)于(yú)寻找暗物(wù)质粒子(zi)的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观(guān)测到了某种信号。经过了(le)20多年(nián)的(de)数据收集(jí)，人们发现了一个(gè)有(yǒu)趣的事情。探测率会(huì)在每年(nián)的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低(dī)，而(ér)且在(zài)20年(nián)当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗(àn)物质的第一(yī)个直接(jiē)证据。

但是为什么(me)暗物质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味(wèi)着我们也在以(yǐ)这样的速(sù)度在(zài)穿越着(zhe)暗物质流，这个过(guò)程中会产生相应(yīng)的振荡，同(tóng)时(shí)地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时间，地(dì)球围绕太(tài)阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的(de)，而另外(wài)半(bàn)年(nián)则与之(zhī)相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿(chuān)越暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系(xì)相(xiāng)对银(yín)河系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是(shì)这并不影响这个理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此科(kē)学家认为这可(kě)以(yǐ)用(yòng)来解释，研(yán)究(jiū)人员们所观测到的周期性信号。当然也(yě)可能有其他(tā)的情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度(dù)周期信号的差异(yì)也可(kě)能是(shì)温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积(jī)雪，甚至(zhì)连(lián)意大利游(yóu)客的数量(liàng)也符(fú)合(hé)这个(gè)周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相北约可以灭掉俄罗斯吗，北约为什么对抗俄罗斯(xiāng)同(tóng)的实验室，这里的(de)季节与之前的实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质(zhì)流的运动(dòng)特征和(hé)第一个实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在(zài)这里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常有力的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台(tái)新(xīn)的(de)望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希(xī)格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供的视(shì)野(yě)是哈勃红(hóng)外仪(yí)器(qì)的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘(mì)，对于探测的结(jié)果，我们只能拭(shì)目(mù)以(yǐ)待了。费(fèi)米实验室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹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(yǒu)可(kě)能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重要(yào)因素(sù)。

如果这一理论得到进(jìn)一步的(de)证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的(de)暗(àn)物质会(huì)不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗(àn)物质(zhì)正在通过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前提是要先找(zhǎo)到(dào)暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的实际证据(jù)。那么(me)小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物(wù)质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新的动力(lì)！

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