宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在(zài)科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是(shì)什么？人(rén)类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去(qù)的几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却(què)没有发现任何的(de)有效证据。除了(le)一(yī)个地方，在1687年(nián)出版的(de)自然哲(zhé)学数学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律(lǜ)。往后(hòu)的几百年来，当天(tiān)文学家(jiā)们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异(yì)常(cháng)，不符合万有引力定律的时候，他们就(jiù)会(huì)知道，周(zhōu)围一定有未知的天体(tǐ)通(tōng)过引(yǐn)力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异(yì)常，推算(suàn)并且发现了海王(wáng)星的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是(shì)应用万(wàn)有引力定律所取得(dé)重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在恒(hén铜祖在古代是干什么的，铜祖是什么用处g)星(xīng)系(xì)统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到(dào)星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一个(gè)由数(shù)千个星(xīng)系所组成的(de)巨大星(xīng)系(xì)团，这些星系被(bèi)引力束缚在(zài)一(yī)起。测量(liàng)星系团(tuán)的质量一般(bān)会使(shǐ)用到两(liǎng)种方(fāng)法，当两种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就(jiù)可以确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需(xū)要的(de)数据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学(xué)质量的计算，是(shì)利用(yòng)光(guāng)谱红移测量星系团中的各个(gè)星系相对(duì)于(yú)星系团(tuán)的运动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团中很多星系的速度比理论上要快得(dé)多，按(àn)照牛顿的(de)运动学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产生的引力是无(wú)法将它们束缚在(zài)星系团内的，它(tā)们(men)早(z铜祖在古代是干什么的，铜祖是什么用处ǎo)就应该被抛出星系团之外(wài)了(le)，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力(lì)量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这样(yàng)部分(fēn)不可见的(de)暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大(dà)部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个词才再(zài)一次出现。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在其轨道上(shàng)的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速(sù)度(dù)几乎保持不变(biàn)。可是(shì)根(gēn)据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大(dà)的(de)质量来吸引它们，这(zhè)些(xiē)外围的恒(héng)星(xīng)早就被甩到(dào)宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会使(shǐ)用(yòng)一种相对(duì)标准的方法来解释暗物质(zhì)的存(cún)在，这种方法就是测量星系当中气(qì)体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进(jìn)入(rù)其中。

于是科(kē)学家们(men)通过射电(diàn)望远镜测(cè)量了距离星系中(zhōng)心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的(de)力学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系(xì)的第(dì)三悬臂之上，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在(zài)以220千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)的(de)速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存(cún)在着一(yī)种我们看不(bù)到的物质(zhì)，是这些(xiē)暗(àn)物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越来越多的研(yán)究人员(yuán)开始相信(xìn)暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外(wài)恒星(xīng)轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在(zài)星系当(dāng)中暗(àn)物质的质量(liàng)占整个星系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一(yī)可以解(jiě)释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科(kē)学家们发(fā)现，几乎没(méi)有引力效应(yīng)的(de)遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会出现速度(dù)上的微(wēi)小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个(gè)反常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银河系不多，但(dàn)是星系当中存在的(de)恒星数量却只有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜对(duì)其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发(fā)现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经(jīng)被附近的另一(yī)个(gè)大星系(xì)剥离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附近没有任何星系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物(wù)质的假说之外，另(lìng)一种可能就(jiù)是人类对(duì)引力的理解还不(bù)够全(quán)面，引力很可(铜祖在古代是干什么的，铜祖是什么用处kě)能(néng)在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它(tā)们的(de)轨道，按(àn)照我们所理解的(de)方式运动。但(dàn)是上升(shēng)到星系和星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相互(hù)作用则是(shì)不同的方式。对于在星(xīng)系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入(rù)了外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年(nián)的规模(mó)上，巨大的质量(liàng)之间会产生(shēng)对彼此特殊的(de)效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们(men)需要对(duì)现(xiàn)在(zài)的物理定律进行修正，这(zhè)些发现(xiàn)也(yě)让很(hěn)多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其(qí)他的理论(lùn)证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解(jiě)释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光(guāng)年的(de)子弹星系(xì)团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这(zhè)样的(de)星团，它们(men)大部分的普通(tōng)质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相互作用就会(huì)导(dǎo)致温度的急剧升高(gāo)，速度(dù)大幅降低(dī)。所以在(zài)理(lǐ)论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分(fēn)的质量(liàng)将位于所有这(zhè)些气体所在(zài)的中间区域。那么我们(men)通(tōng)过(guò)什(shén)么来验证(zhèng)它的(de)质量区域(yù)到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可(kě)以明显地(dì)看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这(zhè)些星(xīng)系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问(wèn)题(tí)，而是(shì)这样极遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们地球上的观测(cè)者之间。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大(dà)质(zhì)量的(de)黑洞或(huò)者是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对(duì)子弹星系(xì)团观测的(de)时(shí)候(hòu)，发现它的大(dà)质(zhì)量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释(shì)方法就是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观(guān)测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子(zi)弹(dàn)星系(xì)团的引力透镜研(yán)究也(yě)被认为是暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的迄(qì)今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于(yú)可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下(xià)了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色(sè)则(zé)表示(shì)相对(duì)较(jiào)冷的区域(yù)，但实(shí)际上它们之间的温差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取和标记之(zhī)后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这(zhè)样的(de)，而随着(zhe)暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅(fú)度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了一(yī)个(gè)简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释(shì)了(le)很多不同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的(de)本质就是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着(zhe)某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果能(néng)够找到(dào)这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经提(tí)出了(le)数十种的(de)假(jiǎ)想目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标(biāo)粒子(zi)所需(xū)要的实验(yàn)方式也不(bù)相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看(kàn)不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不会(huì)与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实验，却没有任何(hé)实质性的(de)发现，除了一个地(dì)方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒(lì)子的(de)周期性(xìng)震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的科学(xué)家声称观测到了(le)某种信号(hào)。经(jīng)过了20多(duō)年的数(shù)据收集，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科(kē)学家认为这可能是(shì)人类(lèi)发现(xiàn)暗物(wù)质的第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但是(shì)为(wèi)什么暗(àn)物质会(huì)产生周期性的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河(hé)系进(jìn)行移(yí)动，那(nà)么(me)如(rú)果暗物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这(zhè)意(yì)味着我们也(yě)在以(yǐ)这样的速度在穿(chuān)越着(zhe)暗物质(zhì)流，这个(gè)过(guò)程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方(fāng)向是一致(zhì)的，而(ér)另(lìng)外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球与太阳的(de)方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿(chuān)越暗物质(zhì)流最快(kuài)的(de)时段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好达到了(le)最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相(xiāng)对(duì)银河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这(zhè)并不(bù)影响(xiǎng)这(zhè)个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用(yòng)来解释，研究人员们所观(guān)测到的周期性信号。当然也(yě)可能有其他(tā)的情(qíng)况，造成(chéng)这(zhè)种年度(dù)周(zhōu)期信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高(gāo)山上(shàng)的积雪，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客的数量也符合这个(gè)周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之前的实验室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动特征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质所存在的(de)非常有力的(de)证据(jù)了。但(dàn)是由于这(zhè)个实(shí)验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它(tā)的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供(gōng)的(de)视野(yě)是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于(yú)探测的结果(guǒ)，我们(men)只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒(lì)子(zi)天(tiān)体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家(jiā)丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥(yōng)有(yǒu)另一(yī)种神秘的效应，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会(huì)支持(chí)宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步(bù)的(de)证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的(de)暗(àn)物质(zhì)会不会意(yì)味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存(cún)在(zài)的实际(jì)证(zhèng)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(qǐng)点赞，你的支持(chí)是我更新的动力(lì)！

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