宇宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们(men)在过去的几十(shí)年(nián)当中(zhōng)进(jìn)行了超(chāo)过(guò)50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却没(méi)有发现(xiàn)任何(hé)的有效(xiào)证据。除了(le)一个地方(fāng)，在(zài)1687年出版的自(zì)然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的(de)规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天(tiān)体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会(huì)知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王星的(de)存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应(yīng)用万有引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大(dà)天文成就的例(lì)子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都是(shì)在恒星系(xì)统(tǒng)的尺度(dù)当中，可当我们(men)上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的(de)质量(liàng)。这是一个由数千个星系(xì)所组成的巨大星系(xì)团，这些星(xīng)系(xì)被引力束缚在(zài)一起。测量(liàng)星系团(tuán)的质量一般会使用到(dào)两种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就(jiù)可(kě)以确(què)定其(qí)质(zhì)量的(de)范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其"光(guāng)度学(xué)的质(zhì)量"，需要的数(shù)据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移(yí)测(cè)量星系团中的各个星系(xì)相对(duì)于星系团的(de)运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动力(lì)学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度学质(zhì)量”的(de)400倍(bèi)。这(zhè)意味(wèi)着(zhe)，后发座(zuò)星系(xì)团有99%的质量(liàng)消失了，或者(zhě)说这99%的质量并(bìng)不以可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在，我们无(wú)法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发(fā)现星(xīng)系(xì)团中(zhōng)很多星(xīng)系的(de)速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的(de)运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这些可见(jiàn)星系(xì)的(de)质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚(fù)在星系团内(nèi)的，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛出星系团之外(wài)了(le)，除非有一种神(shén)秘的力量在(zài)起作用，这(zhè)种力量(liàng)来源(yuán)于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的(de)物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分的(de)质量(liàng)。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们(men)对(duì)这样的(de)一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词(cí)才(cái)再一(yī)次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测(cè)仙(xiān)女座星(xīng)系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行(xíng)速(sù)度就(jiù)会(huì)越慢(màn)。但(dàn)是他们观(guān)测(cè)的(de)结(jié)果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星(xīng)系当中如果没有足够大(dà)的(de)质量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现(xiàn)象，科(kē)学(xué)家们会使用(yòng)一(yī)种相对标准的方法来(lái)解释暗(àn)物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度(dù)。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科学家(jiā)们通过(guò)射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速(sù)度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系(xì)也不例外，太(tài)阳系(xì)位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳(yáng)系(xì)的运(yùn)行(xíng)速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围(wéi)绕银河(hé)系(xì)旋转，这个实际速度(dù)远(yuǎn)远(yuǎn)大(dà)于理(lǐ)论速度(dù)，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的(de)原(yuán)因很(hěn)可能就是存在(zài)着一种我们看不到的物(wù)质(zhì)，是这(zhè)些暗物(wù)质的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研(yán)究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒(héng)星轨道的(de)速(sù)度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量(liàng)占整(zhěng)个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个现象的原因。在一项新(xīn)的(de)研究(jiū)当中(zhōng)，科学家(jiā)们发(fā)现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另外，天文(wén)学(xué)家还发(fā)现了(le)一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河系不(bù)多，但是星系当中存在的(de)恒(héng)星数量却(què)只有银河系(xì)的千(qiān)分之一(yī)。

所以在理论(lùn)上，该星(xīng)系必须存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则(zé)就(jiù)会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行(xíng)了40个(gè)小时的(de)详细测量(liàng)之(zhī)后，发现星系(xì)中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和力学定律来(lái)解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的(de)暗物质，已经被附近(jìn)的另一(yī)个大星(xīng)系剥离(lí)了。奇(qí)怪的是，它的附近(jìn)没有(yǒu)任何星(xīng)系存在。造(zào)成这些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的假说之外(wài)，另一种可能就是人类(lèi)对引力的(de)理解(jiě)还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的工作(zuò)方式是不同的，这意(yì)味(wèi)着在行星系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨道(dào)，按(àn)照我们所(suǒ)理解(jiě)的方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之(zhī)间的(de)相(xiāng)互作用则是不同的方(fāng)式。对于在星(xīng)系(xì)团之间的相互作用，科(kē)学家还引(yǐn)入了外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百万(wàn)光年的规模(mó)上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的(de)物理定律进行修正，这些发(fā)现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还有关(guān)于暗物(wù)质存在(zài)的其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的(de)“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都(dōu)在星(xīng)系(xì)的气体当(dāng)中。当星团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发(fā)生碰(pèng)撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所有(yǒu)这些气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通(tōng)过什么来验证(zhèng)它的质量(liàng)区域到底是(shì)不是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片(piàn)，在照片(piàn)中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地(dì)看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形变。其实(shí)这些(xiē)星(xīng)系本身(shēn)并不是真的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样(yàng)极遥远的天体和我(wǒ)们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质(zhì)量(liàng)超级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大(dà)质(zhì)量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(shí)候，发(fā)现它的(de)大(dà)质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发(fā)生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过(guò)了这个区域，并在两边形成了引力(lì)透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在(zài)的迄今为(wèi)止最好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万(wàn)年(nián)之后，可(kě)见光终于(yú)可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些(xiē)光(guāng)在宇宙空间背(bèi)景上留下(xià)了各相同性的微波辐射(shè)。其(qí)中(zhōng)红(hóng)色的部(bù)分表示温(wēn)度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的(de)温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景(jǐng)分离后的二值图(tú)像进行连通域提(tí)取和标记之后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要(yào)的(de)暗物质大约是(shì)普(pǔ)通物(wù)质的5倍(bèi)。这个(gè)数字(zì)与(yǔ)解释(shì)星系(xì)当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意(yì)味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就很(hěn)好地解释了很多(duō)不同的(de)观测(cè)结(jié)果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中(zhōng)存(cún)在着某(mǒu)种类型的粒(lì)子，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相互作用。所以如(rú)果能够找到这种(zhǒng)粒(lì)子的存在，就(jiù)相当于(yú)找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家(jiā)们(men)已经提出了数(shù)十种的(de)假(jiǎ)想(xiǎng)目标(biāo)，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不同的目标(biāo)粒子所需要的(de)实验方式也不相(xiāng)同。在过去(qù)的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实(shí)质性的发(fā)现，除了(le)一(yī)个地方(fāng)，意大利的(de)格兰(lán)萨索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下(xià)矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实(shí)验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个(gè)三层楼高的探测器，一(yī)直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的(de)科(kē)学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收(shōu)集(jí)，人们发现了一(yī)个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是(shì)为(wèi)什么(me)暗物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在以220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以这样(yàng)的(de)速度(dù)在穿越着(zhe)暗物(wù)质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河系(xì)的方向是一致的(de)，而另(lìng)外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地(dì)球与太阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好达到了(le)最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太(tài)阳系相对银河系的(de)平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用(yòng)来解释(shì)，研究人员们(men)所观(guān)测(cè)到的周期(qī)性信(xìn)号。当(dāng)然也可能有其他(tā)的(de)情(qíng)况，造(zào)成这种年度周期信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大(dà)利游(yóu)客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同的实验(yàn)室(shì)，这里的季(jì)节与(yǔ)之前的实(shí)验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过(guò)暗物(wù)质流的运动特征(zhēng)和第一(yī)个实(shí)验室是一(yī)样的。

因此，如果在(zài)这里可(kě)以得到(dào)相同的信号，就(jiù)可以成(chéng)为(wèi)暗物质(zhì)所存(cún)在的非常(cháng)有(yǒu)力的证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以截至(zhì)目前还无法(fǎ)提供(gōng)相(xiāng)应的数据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的(de)宽视场仪器提供的视野是(shì)哈(hā)勃红外仪器(qì)的100倍。南希格(gé)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(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存在，它们(men)极有可能拥有(yǒu)另一种神(shén)秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的(de)诞(dàn)生，或者说是(shì)生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质(zhì)会(huì)不会意味(wèi)着人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落(luò)的行星上(shàng)，暗(àn)物质正在通过这样的效(xiào)应创(chuàng)造生命(mìng)。当(dāng)然，地铁的时速一般是多少公里，地铁的时速一般是多少码这些推论的大(dà)前提是要先找到暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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