宇宙是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学(xué)家们在过去(qù)的几十年当(dāng)中进行(xíng)了超过50次的(de)长期实(shí)验，但是却(què)没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表了(le)万有引(yǐn)力(lì)定律，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天(tiān)体运动的规(guī)律。往后的几百年来，当天文(wén)学(xué)家们(men)发现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异(yì)常，不符(fú)合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知的(de)天体通过(guò)引力在摄动(dòng)它的(de)轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天王星运行轨道(dào)的异常，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的(de)发现都是应用万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律所取得重(zhòng)大天(tiān)文成(chéng)就的例子(zi)。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可(kě)当我们(men)上升到星系(xì)或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗(fú)里茨兹威基正在研(yán)究和(hé)测量(liàng)后发星(xīng)系团的质量。这是一个由数(shù)千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的(de)质(zhì)量(liàng)一般会使用(yòng)到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一(yī)致，就可以确定其质量(liàng)的范围(wéi)。

第一种是(shì)获得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测(cè)量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系(xì)相(xiāng)对于星系团(tuán)的运动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是(shì)“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或(huò)者说(shuō)这(zhè)99%的质(zhì)量并(bìng)不以可见光的形(xíng)式(shì)所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量速度(dù)的过(guò)程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星(xīng)系的速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出星系团之(zhī)外了，除非(fēi)有一(yī)种神秘的(de)力量(liàng)在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可(kě)见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据(jù)着(zhe)宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一(yī)种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词(cí)才再一(yī)次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福(fú)特在(zài)观测仙女座星系(xì)中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道(dào)上的(de)运行(xíng)速度就会越慢(màn)。但是他们观测的结果(guǒ)却(què)让人感到(dào)不可思议(yì)。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的(de)万有引力(lì)定律，在星系当中如(rú)果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学家们会(huì)使(shǐ)用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的(de)方(fāng)法(fǎ)来(lái)解释暗物质的存在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量星系当(dāng)中气(qì)体在(zài)X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心的距(jù)离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气(qì)体的旋转速度(dù)。如果出现(xiàn)异常的(de)结(jié)果，就认为是由暗(àn)物质的力(lì)量进入其中。

于(yú)是科学家们通过射电(diàn)望远镜测量了(le)距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的(de)力学定律。我们的太(tài)阳(yáng)系也不(bù)例外(wài)，太阳(yáng)系(xì)位于银河系(xì)的第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律进行计(jì)算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个(gè)实(shí)际(jì)速(sù)度远远(yuǎn)大于理论速度(dù)，那么产生以上这种向心(xīn)加速度(dù)的原(yuán)因很(hěn)可能就是(shì)存(cún)在着一(yī)种我(wǒ)们(men)看(kàn)不(bù)到的(de)物(wù)质，是这些(xiē)暗(àn)物质的引力效应将星(xīng)系(xì)聚(jù)集在了一起。

也(yě)是(shì)从这时开始，越(yuè)来越(yuè)多的研究人员(yuán)开始相(xiāng)信(xìn)暗物质的存在。科学家(jiā)根据星(xīng)系(xì)外恒(héng)星轨道的(de)速度，估算在星系当中暗物(wù)质(zhì)的(de)质(zhì)量占整个星系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质(zhì)并不是(shì)唯(wéi)一可(kě)以解释这个现象的(de)原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学(xué)家们发现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应的遥远恒星之(zhī)间，也会(huì)出现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了(le)一(yī)个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星(xīng)系(xì)当中存(cún)在的恒星数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系必须(xū)存(cún)在(zài)暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们使用最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个小时(shí)的详(xiáng)细测量(liàng)之后(hòu)，发现星系中的(de)恒星运动是可(kě)以用正常的物质和力学定律来解释的(de)。那么又有(yǒu)人(rén)提出，也(yě)许该(gāi)星(xīng)系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个(gè)大星(xīng)系(xì)剥离了。奇(qí)怪的是，它的附(fù)近没有任何(hé)星系(xì)存(cún)在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的(de)除(chú)了暗物质的(de)假(jiǎ)说之外，另一(yī)种可能就是人(rén)类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力(lì)很可(kě)能在不同(tóng)尺度空间中的工作(zuò)方(fāng)式是不(bù)同的，这(zhè)意味(wèi)着在(zài)行星系尺度中的(de)天体会沿着它们的(de)轨道，按照我们(men)所理解的方式运(yùn)动(dòng)。但中国现在有多少士兵军人，目前中国有多少士兵是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互(hù)作用(yòng)则是不同的方(fāng)式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还(hái)引入了(le)外(wài)部场效应的概(gài)念，指(zhǐ)的是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的(de)质量之间会(huì)产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立(lì)，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发(fā)现也让很多人(rén)认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存(cún)在的其(qí)他的理论证据，这些理论(lùn)证据是(shì)蒙(méng)德理(lǐ)论所(suǒ)没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光年的子(zi)弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰(pèng)撞(zhuàng)的星(xīng)系团(tuán)所组成，类似这样(yàng)的(de)星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星(xīng)系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用就(jiù)会导致(zhì)温(wēn)度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有(yǒu)这些气体所(suǒ)在的(de)中间区(qū)域。那(nà)么我(wǒ)们通过什么(me)来验证它(tā)的(de)质量(liàng)区域到底是不(bù)是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一(yī)张(zhāng)全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸(shēn)产生了(le)巨大的形(xíng)变。其实(shí)这些星(xīng)系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测(cè)者(zhě)之间。被一(yī)个质量超级巨大的(de)天(tiān)体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的(de)引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜(jìng)效应(yīng)。这个(gè)巨大的(de)天体可能是(shì)超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质量区域并不(bù)是在中间(jiān)，而是(shì)在两侧(cè)。所以(yǐ)最好的(de)解释(shì)方法就(jiù)是当星团(tuán)发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到的(de)质量(liàng)气体(tǐ)被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗物质则直接(jiē)通过(guò)了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被(bèi)认为是暗物质存在(zài)的迄(qì)今为止最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还(hái)有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了。经过了(le)130多(duō)亿年(nián)之(zhī)后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了(le)各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐射。其(qí)中红色(sè)的部(bù)分表示温度较高(gāo)的区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际(jì)上(shàng)它(tā)们(men)之间的温差只有万分(fēn)之一。

科(kē)学家们(men)通过对前景(jǐng)背(bèi)景分离后的二值图像进行连(lián)通(tōng)域(yù)提取和标记之后(hòu)发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而(ér)随着暗(àn)物质的(de)增加，一些(xiē)峰值的(de)幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背景辐射的(de)测量值，我们需要的(de)暗(àn)物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字(zì)与解释星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需(xū)要的暗物(wù)质比例(lì)是一致的。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了一个(gè)简单的理论框架，就很好地解释了很多(duō)不(bù)同的观测(cè)结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中(zhōng)存(cún)在着某种类型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果能够找到(dào)这(zhè)种粒子的(de)存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。这种粒子到底(dǐ)是什(shén)么(me)？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所需(xū)要的实验方(fāng)式(shì)也(yě)不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人(rén)类为了寻找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进(jìn)行(xíng)了超过(guò)50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了(le)一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的(de)地(dì)学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的科(kē)学家声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了(le)20多年的数据收集，人们发(fā)现(xiàn)了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低(dī)，而且(qiě)在20年当中每年(nián)都是一样。一些科学家认(rèn)为(wèi)这(zhè)可能是人类发现暗物质的(de)第(dì)一个直(zhí)接(jiē)证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物质(zhì)会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如(rú)果暗(àn)物质存在宇宙当中，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我们也(yě)在以这样的速(sù)度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太阳进行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年的(de)时间，地球围(wéi)绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河系的方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向正好达到(dào)完全一致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越暗物质(zhì)流(liú)最快的(de)时段。而(ér)在11月(yuè)份(fèn)，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值。尽管在(zài)实际(jì)的情(qíng)况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的(de)有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为(wèi)这可(kě)以用(yòng)来(lái)解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期(qī)性信号。当然(rán)也可(kě)能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种年度(dù)周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚至连(lián)意(yì)大(dà)利游客的数(shù)量也符(fú)合这个(gè)周期(qī)的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在南(nán)半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这(zhè)里的季节与之前(qián)的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在(zài)这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质流(liú)的(de)运动特征和第一个(gè)实验室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的(de)信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗(àn)物质所存在的非常有力的(de)证据了。但(dàn)是由于(yú)这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截(jié)至目前(qián)还(hái)无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽视场仪器(qì)提供的(de)视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯(sī)罗(luó)曼(màn)太空(kōng)望远镜(jìng)其(qí)中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结(jié)果(guǒ)，我们只能(néng)拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子(zi)天体物理(lǐ)中心的科学(xué)家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们(men)极有可(kě)能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效应，这(zhè)种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生(shēng)命进化的一(yī)个重要因素(sù)。

如(rú)果这一(yī)理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不会意味着(zhe)人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在(zài)通过这(zhè)样的(de)效(xiào)应创造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大(dà)前提是(shì)要(yào)先找到暗物(wù)质存在的实际(jì)证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗(àn)物质(zhì)到底存不(bù)存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你(nǐ)的(de)支持是我更新(xīn)的(de)动力！

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