宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无(wú)法(fǎ)解释的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据(jù)，科(kē)学家们在过(guò)去的几十年当中进行(xíng)了超过50次的长(zhǎng)期(qī)实验(yàn)，但是却没有发(fā)现(xiàn)任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学(xué)数学原(yuán)理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了(le)万有(yǒu)引力(lì)定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动(dòng)的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当天(tiān)文(wén)学家们发现(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候，他(tā)们就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有(yǒu)未(wèi)知的天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道(dào)的异(yì)常，推(tuī)算(suàn)并且发现了海王(wáng)星的存在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的发现都是应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度(dù)当(dāng)中，可当(dāng)我(wǒ)们上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹(zī)威(wēi)基正在研(yán)究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个(gè)星(xīng)系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星(xīng)系(xì)被引力束(shù)缚(fù)在一起。测量星系团的(de)质量一(yī)般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致(zhì)，就(jiù)可以(yǐ)确定其质量(liàng)的范围(wéi)。

第(dì)一种是获(huò)得其(qí)"光度学的(de)质量(liàng)"，需要的数(shù)据是(shì)测量(liàng)各个星系(xì)的(de)光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测(cè)量星系团(tuán)中的各个星系相对(duì)于星系团的(de)运动(dòng)速度(dù)。当测量(liàng)结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星系团有99%的质量(liàng)消失了(le)，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无(wú)法看到。最(zuì)诡异的(de)是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速(sù)度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生(shēng)的引力是(shì)无法(fǎ)将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力(lì)量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它(tā)不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质(zhì)量。只是当时(shí)的人们对这样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天文(wén)学(xué)家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上(shàng)的运行速度就会(huì)越慢(màn)。但(dàn)是他们观(guān)测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的(de)增加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够(gòu)大(dà)的(de)质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科(kē)学(xué)家们会(huì)使用(yòng)一(yī)种相对标准的方法来解(jiě)释(shì)暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是(shì)测(cè)量星系(xì)当(dāng)中(zhōng)气体在(zài)X轴(zhóu)上距离(lí)星(xīng)系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气(qì)体的(de)旋转速度。如(rú)果出现异常的结(jié)果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入(rù)其中(zhōng)。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射(shè)电(diàn)望远镜测量了距(jù)离星系(xì)中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河系的第(dì)三悬(xuán)臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万(wàn)有引力定律进(jìn)行(xíng)计算，太阳系的运行(xíng)速(sù)度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么(me)产生以上这种向心加速度的原因(yīn)很可能就是(shì)存在着一种我们(men)看不到的物质，是这些暗(àn)物质的(de)引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越(yuè)来(lái)越(yuè)多的研(yán)究人员开始(shǐ)相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的(de)速度，估算在(zài)星系当中暗(àn)物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释(shì)这(zhè)个现(xiàn)象(xiàng)的原(yuán)因。在一项新的研(yán)究(jiū)当(dāng)中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地球大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小和银河系(xì)不多，但(dàn)是(shì)星系当中存在的恒星数量却只有银河(hé)系的千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩(bēng)离(lí)析。但是科学(xué)家们使(shǐ)用最高铁允许携带多少香烟，高铁有规定可以带多少烟先进的(de)望(wàng)远镜(jìng)对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量(liàng)之后，发现星系(xì)中(zhōng)的恒星(xīng)运动是(shì)可(kě)以用正常的物质和(hé)力学定律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的(de)另(lìng)一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一种可能(néng)就是人类(lèi)对引(yǐn)力的理(lǐ)解还不够(gòu)全(quán)面，引力(lì)很可能在不(bù)同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的(de)工作方式是(shì)不同的，这(zhè)意味着在(zài)行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿着它们(men)的(de)轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引(yǐn)入了外(wài)部场(chǎng)效(xiào)应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊(shū)的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物(wù)理定律进行修正(zhèng)，这些发(fā)现也让很多人(rén)认为(wèi)暗物质假说(shuō)理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关于暗物质(zhì)存在的其他的理论(lùn)证据，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的(de)星系团(tuán)所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的普通(tōng)质量(liàng)都(dōu)在(zài)星系(xì)的气(qì)体当中。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就(jiù)会导致温(wēn)度的(de)急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星系(xì)团大部分的(de)质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么(me)我们通过什么来验(yàn)证它(tā)的质(zhì)量区(qū)域到底是(shì)不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了(le)宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照片，在照片(piàn)中(zhōng)我们(men)可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大(dà)的形变(biàn)。其实(shí)这些星(xīng)系(xì)本身(shēn)并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这(zhè)样极遥(yáo)远的天体和我们地球(qiú)上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大(dà)质量的(de)东西(xī)的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远星系的光都(dōu)发(fā)生了扭曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹星系团观测的时候，发(fā)现它的(de)大(dà)质量区域并不是在中间(jiān)，而(ér)是在(zài)两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的解释(shì)方法就是(shì)当(dāng)星团发生全(quán)部(bù)的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物(wù)质则直接通过了(le)这(zhè)个区(qū)域，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对(duì)子弹星系团的(de)引力透镜研(yán)究也(yě)被认为是暗物(wù)质存(cún)在(zài)的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可(kě)见光终于可以畅(chàng)通无(wú)阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了(le)130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空(kōng)间背(bèi)景上(shàng)留下了各相同性的微(wēi)波辐射(shè)。其中红色的(de)部分表(biǎo)示温度(dù)较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色(sè)则表示相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但(dàn)实际上它(tā)们(men)之间的(de)温差只有万分之(zhī)一(yī)。

科学家们通过对前景背(bèi)景分(fēn)离(lí)后的二(èr)值图像(xiàng)进行连通域(yù)提(tí)取和(hé)标记之后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起来不应(yīng)该是(shì)这样(yàng)的，而随着暗物质(zhì)的(de)增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值(zhí)，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质(zhì)大约是普通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星(xīng)系当中恒星运动所需要的暗(àn)物(wù)质比例(lì)是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很(hěn)好地(dì)解释(shì)了很多不同的(de)观测结果。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某(mǒu)种类型的粒(lì)子(zi)，它们不(bù)参与任何其(qí)他的(de)电磁(cí)作(zuò)用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科(kē)学家们(men)已经提出了(le)数十种的(de)假想目标，而要寻找这(zhè)些不同(tóng)的目(mù)标粒(lì)子所需(xū)要的(de)实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了(le)寻找这些(xiē)看不见、摸不到(dào)，几乎不会(huì)与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学(xué)家们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大的地学实验室(shì)，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质(zhì)粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里(lǐ)的科学家(jiā)声称观测(cè)到(dào)了某种信号(hào)。经(jīng)过了20多年(nián)的数据收集(jí)，人们发现(xiàn)了一个有趣的(de)事情。探测率会在(zài)每年的(de)6月份达到(dào)峰(fēng)值(zhí)，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科(kē)学家认为这(zhè)可能(néng)是人(rén)类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的(de)年(nián)度信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以(yǐ)这样的速度在穿越(yuè)着暗物质(zhì)流(liú)，这(zhè)个过程中(zhōng)会(huì)产生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳(yáng)进行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半年的(de)时间(jiān)，地(dì)球围绕(rào)太(tài)阳的方向与(yǔ)太(tài)阳(yáng)环绕(rào)银河(hé)系的方向是一致的，而(ér)另外半(bàn)年则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到(dào)完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳(yáng)系(xì)相(xiāng)对银河系的平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这(zhè)个(gè)理(lǐ)论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科(kē)学家认为这可以用来解释，研究人员们所观(guān)测高铁允许携带多少香烟，高铁有规定可以带多少烟到的(de)周期性信号(hào)。当然(rán)也可(kě)能有其他的情况，造成(chéng)这(zhè)种(zhǒng)年(nián)度周(zhōu)期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意(yì)大(dà)利游客的数量也(yě)符合这个(gè)周期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立(lì)了(le)一个(gè)几乎相同的实(shí)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，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第一个(gè)实验室(shì)是(shì)一样(yàng)的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里可(kě)以得到相同的信号(hào)，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在(zài)的非常(cháng)有力(lì)的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成(chéng)不(bù)久(jiǔ)，所以截至目前还无(wú)法提供相应的(de)数据支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望(wàng)远镜，这台(tái)太(tài)空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希格雷斯(sī)罗(luó)曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽(kuān)视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键的(de)用途就(jiù)是(shì)探(tàn)索(suǒ)暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费(fèi)米实(shí)验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如(rú)果暗物(wù)质(zhì)存在，它们(men)极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的诞(dàn)生，或(huò)者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味(wèi)着人类并不(bù)孤单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们觉(jué)得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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