宇宙是(shì)“人为制造”的(de)？为(wèi)何会存在科(kē)学无(wú)法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什么？人类(lèi)为了(le)寻找暗物(wù)质存在的证据(jù)，科学家们在(zài)过去的几十年当中进行了(le)超过50次的(de)长期实验，但是却没(méi)有发现任何的有效(xiào)证据。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然哲学数(shù)学(xué)原(yuán)理一(yī)书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后(hòu)的几(jǐ)百年(nián)来，当天文学家(jiā)们(men)发(fā)现(xiàn)某(mǒu)些天体运行(xíng)轨道(dào)出(chū)现异常，不(bù)符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们(men)就会知道，周(zhōu)围一定有未知(zhī)的天体通过(guò)引力在摄动(dòng)它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运(yùn)行(xíng)轨道的异常，推算并且发(fā)现了海(hǎi)王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万(wàn)有引力(lì)定律所(suǒ)取(qǔ)得重大天文(wén)成就(jiù)的例子(zi)。但是这(zhè)些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的(de)尺度，事情(qíng)就开始变得诡(g科幻小说的三要素是哪三要素，小说的三要素是哪三要素的内容uǐ)异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发(fā)星系团的质(zhì)量。这是一个(gè)由(yóu)数千(qiān)个星系所组成的巨(jù)大星(xīng)系(xì)团，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就(jiù)可以确(què)定其质量的范围(wéi)。

第(dì)一种(zhǒng)是获得(dé)其(qí)"光(guāng)度(dù)学的质量"，需要的(de)数据(jù)是测量各个星系的光度(dù)。

第二种是(shì)动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测(cè)量(liàng)星(xīng)系团中的各个星系相对(duì)于星系(xì)团的运(yùn)动(dòng)速度。当(dāng)测量结果出(chū)来之后，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系(xì)团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的(de)质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比(bǐ)理论上要(yào)快(kuài)得多，按照牛(niú)顿的(de)运(yùn)动学定律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产生的引力是无法将它(tā)们束缚(fù)在星(xīng)系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出(chū)星(xīng)系团之外了，除非(fēi)有(yǒu)一(yī)种(zhǒng)神秘的(de)力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了这(zhè)样部分不(bù)可见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的(de)人们对这样的(de)一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再一次出现(xiàn)。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在观测仙女座(zuò)星系(xì)中的恒星(xīng)运动。理论(lùn)上(shàng)来(lái)说，距离中心越远的恒(héng)星在其(qí)轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人感到不(bù)可(kě)思议。

随着与中心距(jù)离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的(de)万(wàn)有引力定律，在星系(xì)当中如果(guǒ)没有足够(gòu)大的质(zhì)量来吸(xī)引它们(men)，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就(jiù)被甩到宇宙当中(zhōng)了(le)。基于(yú)这种现象，科学家们(men)会使用一种(zhǒng)相对标准的(de)方(fāng)法来解(jiě)释暗物质的科幻小说的三要素是哪三要素，小说的三要素是哪三要素的内容存在，这种方法就是测(cè)量星系当中气体在(zài)X轴上(shàng)距离星系(xì)中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的(de)旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离(lí)星系(xì)中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合(hé)牛顿(dùn)的力(lì)学定(dìng)律。我们(men)的(de)太阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于(yú)理论速(sù)度，那(nà)么产生以上这种向心加速(sù)度的原因很(hěn)可能(néng)就是存在着一种我们看不(bù)到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人员开始相信暗(àn)物质的(de)存在。科学家根(gēn)据星系外(wài)恒星(xīng)轨道的(de)速度，估算(suàn)在星系当中暗物质(zhì)的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不是(shì)唯一(yī)可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的(de)研究(jiū)当中，科(kē)学家们发现，几乎(hū)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(yì)。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常的(de)星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多(duō)，但是星系(xì)当中存(cún)在的恒星(xīng)数量却只有银河系的(de)千分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须(xū)存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学(xué)家们使用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对其进(jìn)行了(le)40个小时(shí)的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物(wù)质和力学定律来解(jiě)释的。那(nà)么又有人(rén)提出，也许该星系(xì)的(de)暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另(lìng)一(yī)个大(dà)星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能(néng)就是(shì)人类科幻小说的三要素是哪三要素，小说的三要素是哪三要素的内容对引力(lì)的理解(jiě)还(hái)不够(gòu)全面，引力(lì)很可能在(zài)不同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同(tóng)的，这意味着在行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体会沿着(zhe)它们(men)的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的方(fāng)式(shì)运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力(lì)之间的相互作用则(zé)是不同的方式(shì)。对于在星系(xì)团之(zhī)间(jiān)的相互作(zuò)用(yòng)，科学(xué)家还(hái)引入了外(wài)部场效应的概念，指(zhǐ)的是(shì)在(zài)数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的(de)质量之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们(men)需要对现在的(de)物理(lǐ)定律进(jìn)行修(xiū)正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很多人认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于暗(àn)物质存在的其他的理(lǐ)论证据(jù)，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的(de)子(zi)弹星(xīng)系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系(xì)团所组成，类似这样的(de)星团，它(tā)们大部(bù)分的普通(tōng)质量(liàng)都在(zài)星系(xì)的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作用(yòng)就会(huì)导致(zhì)温度的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的(de)质量将位于所(suǒ)有这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什(shén)么来(lái)验证它的质量区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中(zhōng)我们(men)可(kě)以明显地看到很(hěn)多(duō)星系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产(chǎn)生了(le)巨大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不(bù)是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问(wèn)题，而是这样极(jí)遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量(liàng)的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星(xīng)系的(de)光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这个(gè)现象就(jiù)是(shì)引力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大(dà)的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对子弹(dàn)星系团观测的时候，发(fā)现(xiàn)它的大质量区域并(bìng)不是(shì)在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在(zài)了(le)中间，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了(le)各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的(de)部(bù)分表示温度较(jiào)高的(de)区域，蓝(lán)色(sè)则表(biǎo)示相对较(jiào)冷的区(qū)域，但(dàn)实际上(shàng)它们(men)之间的(de)温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后的(de)二值图(tú)像进行连通(tōng)域(yù)提取(qǔ)和(hé)标(biāo)记(jì)之后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是(shì)这(zhè)样的(de)，而随着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一(yī)些峰(fēng)值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射(shè)的测量(liàng)值，我们需(xū)要的暗物(wù)质(zhì)大约(yuē)是普通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一(yī)致的。这就意(yì)味着。

用了一个(gè)简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就(jiù)很好(hǎo)地解释了很多不同的观(guān)测结果。而暗(àn)物(wù)质(zhì)的本质就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存(cún)在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其(qí)他的(de)电(diàn)磁作用，只通过引力(lì)来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的(de)存在(zài)，就相(xiāng)当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物质存(cún)在的实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些(xiē)不同的目标粒子(zi)所需要的实(shí)验(yàn)方式也不(bù)相同(tóng)。在过去的几十(shí)年(nián)当中，人类为了寻找这些(xiē)看(kàn)不(bù)见、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗(àn)物(wù)质”，科(kē)学家们已经进(jìn)行(xíng)了超过(guò)50次的(de)实验(yàn)，却没有任何(hé)实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意(yì)大利的(de)格兰(lán)萨索山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实(shí)验室(shì)，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层(céng)楼(lóu)高的探测器(qì)，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的(de)周期性(xìng)震荡(dàng)。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年(nián)的数据(jù)收(shōu)集(jí)，人(rén)们发现了(le)一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探测率(lǜ)会在(zài)每年的6月份达(dá)到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年都(dōu)是一样(yàng)。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周(zhōu)期性的年(nián)度信号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移(yí)动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以(yǐ)这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流(liú)，这(zhè)个过(guò)程中会(huì)产生(shēng)相(xiāng)应的(de)振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳(yáng)进行(xíng)旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是(shì)一(yī)致(zhì)的(de)，而另外半(bàn)年则(zé)与之相反。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地(dì)球与太(tài)阳(yáng)的(de)方向正(zhèng)好达到(dào)完(wán)全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的(de)情况中(zhōng)，太阳(yáng)系(xì)相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响这(zhè)个(gè)理论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认(rèn)为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期(qī)性信(xìn)号。当然也可(kě)能有(yǒu)其他(tā)的情(qíng)况，造成这(zhè)种(zhǒng)年(nián)度周期信号的(de)差异也可能(néng)是(shì)温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游客(kè)的数量(liàng)也(yě)符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在南半(bàn)球(qiú)建立(lì)了一个几乎相同的实验室，这里的(de)季节(jié)与之前的实验室正好相(xiāng)反，而(ér)在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特(tè)征和第一个实(shí)验室(shì)是一(yī)样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提(tí)供相应(yīng)的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台(tái)新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提供的视野是哈(hā)勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其中一个关键的用(yòng)途就是探(tàn)索暗物质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实(shí)验(yàn)室(shì)粒子(zi)天体物理(lǐ)中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质(zhì)存(cún)在，它们极有(yǒu)可能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的(de)效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说是(shì)生命进(jìn)化的一(yī)个重要因素。

如果这一理论得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物(wù)质会(huì)不会(huì)意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个(gè)角落的行星上，暗(àn)物(wù)质正在通过这(zhè)样的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这些推(tuī)论的(de)大前提是(shì)要(yào)先(xiān)找到暗(àn)物(wù)质存在(zài)的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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