宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无(wú)法解(jiě)释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟是(shì)什么(me)？人类为了寻找暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的证据，科学(xué)家们(men)在过(guò)去的几十(shí)年当中进行了超(chāo)过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发现任(rèn)何(hé)的(de)有效(xiào)证据(jù)。除了(le)一个地方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然哲学数(shù)学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示(shì)了(le)宇宙中天体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往后(hòu)的几百年来，当天文(wén)学家们(men)发现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异常(cháng)，不符(fú)合(hé)万有引力定律的时候，他们就会(huì)知(zhī)道(dào)，周(zhōu)围一定有未知的天(tiān)体通过引力在(zài)摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算(suàn)并且(qiě)发现了(le)海王(wáng)星的(de)存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是(shì)应用万有引力(lì)定律所(suǒ)取得重大天(tiān)文(wén)成就的(de)例子(zi)。但是(shì)这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到(dào)星系(xì)或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的(de)巨大星系团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束(shù)缚在一起。测量星(xīng)系(xì)团(tuán)的(de)质量(liàng)一般会(huì)使(shǐ)用到(dào)两(liǎng)种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其(qí)质量的范围(wéi)。

第一种是获得(dé)其(qí)"光度(dù)学的质量"，需(xū)要(yào)的数据(jù)是测量各个星系的(de)光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质量的计(jì)算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个(gè)星(xīng)系相对(duì)于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多(duō)星系(xì)的速度(dù)比理(lǐ)论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可(kě)见(jiàn)星系的质量(liàng)所产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它们(men)早(zǎo)就(jiù)应该被(bèi)抛出(chū)星系团(tuán)之外了，除(chú)非有(yǒu)一种神秘的(de)力量(liàng)在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了这(zhè)样部分不可(kě)见的(de)暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一(yī)种说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测(cè)仙女座(zuò)星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理论上来(lái)说，距离中(zhōng)心越远的(de)恒星在其(qí)轨道上的运行速度(dù)就会越(yuè)慢。但是他们观(guān)测的结果却让人(rén)感到(dào)不(bù)可思(sī)议。

随着与中心(xīn)距(jù)离的增(zēng)加，恒星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系当中如果(guǒ)没(méi)有足够大(dà)的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们(men)会使用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的(de)存在，这种方法就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系(xì)中(zhōng)心的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上(shàng)气(qì)体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物(wù)质的力(lì)量进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电望远镜测量了距(jù)离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太(tài)阳(yáng)系也(yě)不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的(de)运行(xíng)速度应该是(shì)160千米/秒，但实际(jì)上(shàng)，太(tài)阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河系旋转，这(zhè)个实际(jì)速度(dù)远远大于理论(lùn)速度，那(nà)么(me)产生以(yǐ)上这种向心(xīn)加速度的原因(yīn)很可能就(jiù)是存(cún)在着(zhe)一种我(wǒ)们看不到的(de)物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从(cóng)这(zhè)时(shí)开始，越来(lái)越多的研究人(rén)员开(kāi)始相信暗物(wù)质的存(cún)在(zài)。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的(de)速度，估(gū)算在星系当中暗(àn)物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不是(shì)唯一可以解(jiě)释这个现象的原(yuán)因。在一项新的(de)研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引力效应的(de)遥(yáo)远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出现速(sù)度(dù)上的微(wēi)小差异。另外，天文学(xué)家还发现了一(yī)个反一个学期一般有多少周 一个学期一般有几个月常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是星系(xì)当(dāng)中存在(zài)的恒(héng)星数量(liàng)却只有银(yín)河(hé)系的千(qiān)分之(zhī)一(yī)。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的(de)详细(xì)测(cè)量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的(de)恒星运动是可(kě)以用正(zhèng)常的(de)物质和(hé)力学定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是，它(tā)的附近没(méi)有任(rèn)何星系存在。造成这(zhè)些现象的(de)除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是(shì)人类对引力的(de)理解还不够(gòu)全面，引力很可(kě)能在不(bù)同尺度空(kōng)间中的工作(zuò)方(fāng)式(shì)是不(bù)同的，这意味着在(zài)行星系(xì)尺度中(zhōng)的天(tiān)体(tǐ)会沿(yán)着它们的轨道，按(àn)照(zhào)我们所理解的(de)方式(shì)运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的(de)相(xiāng)互作用(yòng)则(zé)是不同(tóng)的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科(kē)学家(jiā)还引(yǐn)入了外部场效应(yīng)的概(gài)念，指的是(shì)在(zài)数百万光年的(de)规模上，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效(xiào)果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这(zhè)意味着我们(men)需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多(duō)人认(rèn)为暗(àn)物质假说(shuō)理论(lùn)就此终结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有(yǒu)关于暗物质存在的其(qí)他(tā)的理论(lùn)证据，这(zhè)些理(lǐ)论(lùn)证据(jù)是(shì)蒙德理论所没(méi)法解释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大(dà)部(bù)分的普通质量都在星(xīng)系的气(qì)体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时(shí)候，星际气体(tǐ)的相互作用(yòng)就(jiù)会导致温度的(de)急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部(bù)分的质量(liàng)将位于所有这(zhè)些气(qì)体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是(shì)集一个学期一般有多少周 一个学期一般有几个月中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可以(yǐ)明显地看到很多星系似(shì)乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大的(de)形变。其(qí)实这些星系本(běn)身并不是真的被(bèi)扭曲(qū)了，也不(bù)是韦伯(bó)望(wàng)远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地(dì)球上的观(guān)测者之(zhī)间。被(bèi)一个(gè)质量超(chāo)级巨大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质量的(de)东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的天体(tǐ)可能是超大质(zhì)量(liàng)的(de)黑(hēi)洞(dòng)或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹星系团观测的时候，发现它的(de)大质量区(qū)域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方法就是当星团发生全部的(de)碰(pèng)撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通过(guò)了这个区(qū)域，并在两边形成(chéng)了引(yǐn)力(lì)透镜。对(duì)子弹星系团的(de)引力透镜研究也被(bèi)认为(wèi)是(shì)暗物质存在的迄今为止最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自(zì)宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示(shì)温度较(jiào)高的(de)区(qū)域，蓝色则表示相(xiāng)对(duì)较冷(lěng)的区域，但(dàn)实际(jì)上(shàng)它(tā)们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们(men)通过(guò)对前景背景(jǐng)分离后的二值图(tú)像进行连通域提取和标记之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物质(zhì)，图形看起来不应(yīng)该是(shì)这(zhè)样的，而随着(zhe)暗(àn)物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会减小，才变得(dé)看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需要的(de)暗(àn)物质大(dà)约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒(héng)星运动所需要(yào)的暗物质比例是一(yī)致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好(hǎo)地(dì)解释(shì)了很多不(bù)同(tóng)的(de)观测结果。而暗物质的(de)本(běn)质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过(guò)引力来相互作(zuò)用(yòng)。所以如(rú)果能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子(zi)的存(cún)在(zài)，就相当于找到了暗物(wù)质存(cún)在的实(shí)际(jì)证(zhèng)据。这(zhè)种粒子(zi)到(dào)底是什(shén)么？科(kē)学(xué)家们已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而(ér)要寻找这些不同的(de)目标粒子所(suǒ)需要(yào)的实(shí)验(yàn)方式(shì)也不(bù)相同。在(zài)过去的几(jǐ)十年当中，人类为了(le)寻(xún)找这些看不见、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与常(cháng)规物(wù)质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地(dì)方，意(yì)大利(lì)的格(gé)兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大(dà)的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个(gè)三层(céng)楼高(gāo)的探(tàn)测器(qì)，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里的科学(xué)家(jiā)声称观测到了(le)某种信号(hào)。经过了20多年的数据收集，人(rén)们(men)发现了(le)一个有趣的事情(qíng)。探(tàn)测率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然(rán)后在11月(yuè)降到最(zuì)低(dī)，而且在(zài)20年当中每年都是一(yī)样。一(yī)些科学家认(rèn)为这可能是人类发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为(wèi)什(shén)么(me)暗物(wù)质会产生(shēng)周期性(xìng)的(de)年度(dù)信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕(rào)着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这(zhè)个过(guò)程中会产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的(de)方向是一(yī)致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而(ér)在(zài)11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平(píng)面(miàn)呈现了60度的(de)倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研(yán)究(jiū)人员们所观测到的周期性信号(hào)。当然(rán)也(yě)可能有其他的情况，造成这种年度周期(qī)信号的差异也(yě)可能是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的(de)数量(liàng)也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学(xué)家(jiā)们又在南(nán)半(bàn)球(qiú)建立(lì)了一个几乎(hū)相同的(de)实(shí)验室，这里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这(zhè)里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流的运动(dòng)特征和第一个实验室(shì)是(shì)一(yī)样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗(àn)物质所存在的非常(cháng)有力(lì)的证据了。但是(shì)由(yóu)于这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还(hái)无(wú)法(fǎ)提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台太(tài)空望远镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的(de)视野是哈(hā)勃红(hóng)外(wài)仪(yí)器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键的用途(tú)就是探索(suǒ)暗(àn)物质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于(yú)探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会(huì)支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生命的(de)诞生，或者说(shuō)是(shì)生(shēng)命(mìng)进(jìn)化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味着人(rén)类(lèi)并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗物质正在通(tōng)过(guò)这(zhè)样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在的(de)实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们(men)觉(jué)得(dé)暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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