宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么(me)？人类为(wèi)了寻(xún)找暗(àn)物质(zhì)存在的(de)证(zhèng)据，科学(xué)家(jiā)们在过去(qù)的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是(shì)却没有发(fā)现任(rèn)何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然(rán)哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年(nián)来(lái)，当天文(wén)学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的(de)时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的天体通过引(yǐn)力在(zài)摄动它(tā)的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运行轨道的(de)异常，推算并且发现了海王星的存在(zài)。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的发现都(dōu)是(shì)应(yīng)用万有引力定(dìng)律所取得(dé)重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现都(dōu)是(shì)在恒(héng)星(xīng)系统的(de)尺度当中，可(kě)当我们上升到星系或(huò)者是星团的(de)尺(chǐ)度，事情就开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗(fú)里茨兹(zī)威(wēi)基正在研究和测量后发星(xīng)系团的质量(liàng)。这是一个由(yóu)数(shù)千个星系所组(zǔ)成的巨大(dà)星系团，这些星(xīng)系被(bèi)引力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般会(huì)使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要(yào)的数(shù)据是测量各个星系的(de)光(guāng)度。

第二种是(shì)动力学质量的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红(hóng)移(yí)测量星系团中的各个星(xīng)系(xì)相对于星系团的(de)运动速度。当测量结果出(chū)来(lái)之后，兹威基(jī)彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量(liàng)并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们(men)无法看到。最(zuì)诡异的是(shì)，在(zài)测量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基发(fā)现(xiàn)星系团中很(hěn)多(duō)星系的速(sù)度比理论(lùn)上(shàng)要(yào)快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠(kào)这些可见星(xīng)系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚在星系团内(nèi)的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的(de)力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于(yú)某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这(zhè)样部分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对这样(yàng)的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在观(guān)测仙女座星(xīng)系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨道上的(de)运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们观测的结(jié)果却让人感到不可思议(yì)。

随着(zhe)与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)如(rú)果没有足(zú)够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基(jī)于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一(yī)种相(xiāng)对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星(xīng)系(xì)当(dāng)中气体在(zài)X轴上距(jù)离星系中心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果(guǒ)出现异常的结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星(xīng)系(xì)中心更远(yuǎn)距(jù)离(lí)的(de)氢元素(sù)，发现它们(men)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的(de)太(tài)阳系(xì)也不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之(zhī)上，距离银河系(xì)中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算(suàn)，太阳系的(de)运(yùn)行(xíng)速度应(yīng)该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银(yín)河系旋(xuán)转，这(zhè)个实(shí)际速度远远大于(yú)理论(lùn)速度(dù)，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种向(xiàng)心加速(sù)度的原因很可能(néng)就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗(àn)物质的引力(lì)效(xiào)应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究人员开(kāi)始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系(xì)当中暗物(wù)质的质(zhì)量占整个星系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物质并不是(shì)唯一(yī)可以解释这个现象的(de)原因。在一项新的研究当(dāng)中(zhōng)，科学(xué)家们(men)发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上(shàng)的(de)微小差异。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地(dì)球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星(xīng)系(xì)当(dāng)中存在的(de)恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星系必须存在(zài)暗(àn)物质，否则(zé)就(jiù)会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力(lì)学定律来解(jiě)释的。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也许(xǔ)该星系的暗物(wù)质，已经被(bèi)附近的另一个大(dà)星(xīng)系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它的附近(jìn)没(méi)有任何星系存在。造成这(zhè)些(xiē)现象的除了暗物质的(de)假说之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能就是人类(lèi)对(duì)引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的工(gōng)作方式是不同的，这意(yì)味着在行(xíng)星系尺度中的天(tiān)体会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方(fāng)式运(yùn)动(dòng)。但(dàn)是(shì)上(shàng)升到星系和(hé)星团的尺度(dù)，引力之间的相互作用则是(shì)不同的(de)方式。对于在星系团之(zhī)间(jiān)的(de)相互作用，科学家还引入了外部(bù)场效应(yīng)的概(gài)念，指的是(shì)在数百(bǎi)万光年(nián)的(de)规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物(wù)质假说(shuō)理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有(yǒu)关(guān)于暗物质存在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些(xiē)理论证(zhèng)据(jù)是蒙(méng)德(dé)理论所没(méi)法解(jiě)释的“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿(yì)光年(nián)的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这(zhè)样的(de)星团(tuán)，它(tā)们大部分的(de)普通质(zhì)量都在星系的气体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作(zuò)用就会(huì)导致温度的(de)急剧升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低(dī)。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所(suǒ)在(zài)的中间(jiān)区域(yù)。那(nà)么我们通过(guò)什么来验证它的(de)质(zhì)量区域到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第一(yī)张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨世界四大文化名人是哪4个，世界四大文化名人不包括谁大的形变。其实(shí)这(zhè)些(xiē)星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了什么问(wèn)题，而是这(zhè)样极遥(yáo)远(yuǎn)的(de)天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质(zhì)量的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的(de)天体(tǐ)可能(néng)是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们(men)对子弹星系(xì)团(tuán)观测的(de)时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在(zài)中(zhōng)间(jiān)，而是(shì)在两(liǎng)侧。所以最好的解(jiě)释方(fāng)法就是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观(guān)测(cè)到的质量气体(tǐ)被卡在了(le)中间，暗物质(zhì)则直接通过了(le)这个区域，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系团的引力透镜研(yán)究也(yě)被认为是暗(àn)物质存在的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的(de)理论证据(jù)。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的(de)光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年(nián)之后，可见光(guāng)终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性的微世界四大文化名人是哪4个，世界四大文化名人不包括谁波辐(fú)射。其(qí)中红(hóng)色(sè)的部(bù)分表示温度(dù)较(jiào)高(gāo)的(de)区域，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较冷的区域，但实际上(shàng)它们之(zhī)间(jiān)的温差(chà)只有万分之一。

科学家(jiā)们通过(guò)对前景背景分离(lí)后的(de)二值图像进行连通域(yù)提取(qǔ)和标记之(zhī)后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随(suí)着暗物质的(de)增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的(de)测量(liàng)值，我们(men)需要(yào)的暗物(wù)质(zhì)大约是普通物质的(de)5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗(àn)物质(zhì)比例是一致的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单(dān)的理论框架(jià)，就很好地(dì)解释了(le)很多不同的(de)观测结果。而暗物质的(de)本质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存(cún)在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所(suǒ)以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的(de)实际(jì)证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到底是什(shén)么(me)？科学家(jiā)们已经提出了(le)数十种的假想目标，而(ér)要(yào)寻找这些不(bù)同的目(mù)标粒子所需要的实(shí)验(yàn)方式也不相同。在(zài)过去的几(jǐ)十(shí)年(nián)当(dāng)中，人类(lèi)为了寻(xún)找这些(xiē)看不(bù)见、摸不到(dào)，几乎(hū)不会与常(cháng)规物质(zhì)相互作用的(de)“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行(xíng)了(le)超(chāo)过50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地球上最(zuì)大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器(qì)，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探(tàn)测率会在每年的6月份(fèn)达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年(nián)都是(shì)一样(yàng)。一些科学(xué)家(jiā)认为这(zhè)可能是人类发现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但(dàn)是为什么(me)暗(àn)物(wù)质会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质(zhì)存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味着我们(men)也(yě)在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的(de)振荡(dàng)，同时地(dì)球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系(xì)的方向是一(yī)致的，而另外(wài)半年则与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这(zhè)是理论上地(dì)球穿(chuān)越暗物(wù)质流最快(kuài)的时(shí)段。而在11月份，又恰好达(dá)到(dào)了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对(duì)银河(hé)系(xì)的平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解(jiě)释，研究人(rén)员(yuán)们所观测到的周(zhōu)期(qī)性信号。当(dāng)然也可能(néng)有(yǒu)其他的情况，造成这种年度(dù)周(zhōu)期信号的(de)差(chà)异(yì)也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分(fēn)、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意(yì)大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立(lì)了一个几乎相同的实验室(shì)，这里的季节与(yǔ)之前的实(shí)验室正好相反，而(ér)在(zài)这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可(kě)以得到相同的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的(de)证据了(le)。但是由于(yú)这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽(kuān)视(shì)场(chǎng)仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空望(wàng)远镜其(qí)中一个关键(jiàn)的用途就是探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(shí)验室(shì)粒(lì)子天体物(wù)理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯(sī)特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说是生命进(jìn)化的一(yī)个重要因素。

如果这(zhè)一(yī)理论得到进一(yī)步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质(zhì)会不会(huì)意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个角落(luò)的行星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先找到暗(àn)物质存在(zài)的实际证(zhèng)据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得(dé)暗物质(zhì)到底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新的动力！

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