宇宙是“人为制造(zào)”的？为(wèi)何会(huì)存在(zài)科学无法解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人(rén)类(lèi)为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质(zhì)存在(zài)的证据，科学(xué)家们在过去的几十(shí)年当中进(jìn)行(xíng)了(le)超过(guò)50次的(de)长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的(de)有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天(tiān)文学(xué)家们(men)发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他们就(jiù)会知道(dào)，周围一定有未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就通过(guò)天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都(dōu)是应用(yòng)万有(yǒu)引(yǐn)力定律所取得重大(dà)天文成就的例子。但(dàn)是这(zhè)些发(fā)现都是在恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们上升(shēng)到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家(jiā)弗(fú)里茨(cí)兹威(wēi)基正在研究(jiū)和测量后发(fā)星系(xì)团的(de)质量。这是一(yī)个由数(shù)千个星系所组成(chéng)的巨(jù)大星系团，这些(xiē)星(xīng)系被引(yǐn)力束(shù)缚在(zài)一起。测量星系团的(de)质量(liàng)一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果一致，就(jiù)可以确(què)定其质量的(de)范(fàn)围。

第一(yī)种是获得(dé)其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各(gè)个(gè)星(xīng)系的光度。

第二种是(shì)年下男是什么意思，年上男或者是年下男是什么意思动力学质(zhì)量(liàng)的(de)计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各(gè)个星系相对于星系(xì)团的运(yùn)动(dòng)速(sù)度(dù)。当(dāng)测量结果出(chū)来之后(hòu)，兹(zī)威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹(zī)威基发现(xiàn)星(xīng)系团(tuán)中很多(duō)星系的速度比(bǐ)理(lǐ)论(lùn)上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见星系的(de)质(zhì)量所产生的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(pāo)出星(xīng)系团之(zhī)外了，除(chú)非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的力量(liàng)在起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分(fēn)不可见(jiàn)的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质(zhì)量(liàng)。只是当(dāng)时的人们(men)对这(zhè)样(yàng)的(de)一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一(yī)次出(chū)现。天文学(xué)家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福(fú)特在(zài)观测仙(xiān)女座(zuò)星系(xì)中的恒(héng)星运动(dòng)。理论上来(lái)说，距(jù)离中(zhōng)心(xīn)越远的恒星(xīng)在其轨道上的(de)运行速度就会(huì)越(yuè)慢(màn)。但是他们观测(cè)的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着与中(zhōng)心(xīn)距(jù)离的增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎(hū)保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力定律，在(zài)星系当中(zhōng)如果没有足够(gòu)大的(de)质(zhì)量来吸引它们(men)，这些外(wài)围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用(yòng)一(yī)种相对标(biāo)准的方法来解释暗物(wù)质的存在(zài)，这种方法就(jiù)是(shì)测量(liàng)星系当(dāng)中气体在X轴上距(jù)离星系中心(xīn)的(de)距(jù)离(lí)，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异(yì)常的结(jié)果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜测(cè)量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们(men)的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太(tài)阳系(xì)也不例外(wài)，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计(jì)算，太阳(yáng)系的运(yùn)行速(sù)度应该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际(jì)速度(dù)远远大(dà)于理论速度，那么产生以上这种向心加速(sù)度的(de)原因很(hěn)可能就(jiù)是存在着一种我们(men)看不(bù)到的物(wù)质，是这些暗物质的(de)引力效应(yīng)将星系聚集在(zài)了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学(xué)家(jiā)根据(jù)星(xīng)系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不(bù)是唯(wéi)一可(kě)以解释这个现象(xiàng)的(de)原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学(xué)家们发现，几乎(hū)没有(yǒu)引力(lì)效应的(de)遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小差(chà)异(yì)。另外(wài)，天文学家还(hái)发(fā)现(xiàn)了一个反(fǎn)常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河系(xì)不多(duō)，但是星系(xì)当中存在的恒(héng)星数(shù)量却(què)只(zhǐ)有银河(hé)系的千分之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则(zé)就(jiù)会分崩(bēng)离析(xī)。但是科学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其(qí)进行了40个小时的详细(xì)测(cè)量之后，发现星(xīng)系中的(de)恒(héng)星运动(dòng)是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那(nà)么又有人提出(chū)，也许该星(xīng)系的暗(àn)物(wù)质，已经(jīng)被(bèi)附近的(de)另(lìng)一个大星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存(cún)在。造成这(zhè)些(xiē)现象的除(chú)了(le)暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可(kě)能就是人类对引力(lì)的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不(bù)同(tóng)尺(chǐ)度(dù)空间(jiān)中的(de)工作方式是不同(tóng)的，这意味着(zhe)在行(xíng)星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的(de)方式运(yùn)动(dòng)。但(dàn)是(shì)上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间(jiān)的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用则是不同(tóng)的方(fāng)式。对于在星系(xì)团之间的(de)相互(hù)作用，科学(xué)家还(hái)引(yǐn)入了(le)外部(bù)场效(xiào)应的概念，指的是(shì)在数百(bǎi)万(wàn)光(guāng)年的规模上(shàng)，巨(jù)大的质(zhì)量之间会(huì)产(chǎn)生对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关于(yú)暗物质存在的其他(tā)的理(lǐ)论证据(jù)，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的(de)子弹(dàn)星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似(shì)这样(yàng)的星团，它们大部分的(de)普通质(zhì)量都在星系的(de)气体当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气(qì)体的(de)相互作用就会导(dǎo)致温度的急剧(jù)升高(gāo)，速度大(dà)幅降低。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将(jiāng)位于所有(yǒu)这(zhè)些气体(tǐ)所在的(de)中间(jiān)区域。那么(me)我们(men)通过(guò)什么来验证它(tā)的质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)传(chuán)回(huí)了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照(zhào)片(piàn)，在照片中(zhōng)我们可(kě)以明(míng)显地看到(dào)很(hěn)多星(xīng)系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形变(biàn)。其实(shí)这些星系本身并(bìng)不是真的被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而(ér)是这样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观(guān)测者之间。被一(yī)个(gè)质量超(chāo)级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量(liàng)的东西(xī)的引力(lì)，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现象就(jiù)是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它的大(dà)质(zhì)量(liàng)区域并不是在(zài)中(zhōng)间，而是(shì)在两(liǎng)侧。所以最好的(de)解释方法就是当星团(tuán)发生全(quán)部的碰撞时，可(kě)被观测到的质(zhì)量(liàng)气(qì)体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这(zhè)个区域，并(bìng)在(zài)两边形成了(le)引力透(tòu)镜(jìng)。对(duì)子弹星系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研(yán)究(jiū)也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今(jīn)为(wèi)止最好的(de)理论证据。

除(chú)此之外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开始，38万年(nián)之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过(guò)了(le)130多(duō)亿年(nián)之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上(shàng)留下了各(gè)相(xiāng)同性的(de)微波(bō)辐(fú)射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则(zé)表示相对较(jiào)冷的区(qū)域，但实际(jì)上它们之间的温差(chà)只(zhǐ)有万分之一。

科(kē)学家们通过对(duì)前(qián)景背景分离后的二值图(tú)像(xiàng)进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们(men)需要(yào)的(de)暗(àn)物(wù)质(zhì)大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒(héng)星运动所需(xū)要(yào)的暗物质(zhì)比例是一致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框(kuāng)架(jià)，就很(hěn)好地解释(shì)了很多不同的观(guān)测结果。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇宙当中存(cún)在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他(tā)的电磁作用，只通过(guò)引力来(lái)相互作(zuò)用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找到这种粒(lì)子(zi)的存在，就相当于找到(dào)了(le)暗(àn)物质存在(zài)的(de)实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家(jiā)们(men)已经提出了数十种(zhǒng)的(de)假想目标，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实(shí)验方式也(yě)不相同。在过(guò)去的几十(shí)年当中，人(rén)类(lèi)为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会(huì)与常规物质相(xiāng)互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们已经进行(xíng)了超(chāo)过50次的实验，却没有任(rèn)何(hé)实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测(cè)到(dào)了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多(duō)年(nián)的数据(jù)收(shōu)集，人们发(fā)现(xiàn)了(le)一(yī)个有趣的(de)事情(qíng)。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在(zài)11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在20年(nián)当(dāng)中每年都是一样。一(yī)些科(kē)学家(jiā)认为(wèi)这可(kě)能是人类发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的(de)年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着银(yín)河(hé)系进(jìn)行(xíng)移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以(yǐ)这(zhè)样的(de)速度在穿越着(zhe)暗(àn)物质流(liú)，这(zhè)个(gè)过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是(shì)一致(zhì)的，而另外(wài)半年(nián)则与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际的情况中，太(tài)阳(yáng)系相(xiāng)对银河系的平面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测(cè)到的周期性(xìng)信号(hào)。当然也可能有其(qí)他的情(qíng)况，造(zào)成这(zhè)种年度周期信号(hào)的差(chà)异也可(kě)能是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南(nán)半(bàn)球建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同(tóng)的实(shí)验(yàn)室，这里的季(jì)节与之前的实验室(shì)正好相反，而在这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗物(wù)质(zhì)流的运动特征和(hé)第(dì)一个(gè)实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法提供相应的数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的(de)望远(yuǎn)镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它(tā)的宽(kuān)视场仪器(qì)提供的视野(yě)是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷(léi)斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用(yòng)途(tú)就是探(tàn)索暗物(wù)质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物(wù)理中(zhōng)心的科(kē)学(xué)家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或(huò)者(zhě)说(shuō)是生命进(jìn)化(huà)的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中某个(gè)角落的行星上，暗物(wù)质正在通过这样的效应创造(zào)生命。当然，这些推(tuī)论的大前提(tí)是(shì)要先(xiān)找到(dào)暗物质存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到(dào)底存(cún)不存在呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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