宇宙是(shì)“人为制造”的？为(wèi)何会存(cún)在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质(zhì)又究(jiū)竟是什么(me)？人类为了(le)寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物质存(cún)在的(de)证据，科学家们(men)在过(guò)去的几(jǐ)十年(nián)当(dāng)中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地(dì)方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运(yùn)动(dòng)的规律。往后的(de)几(jǐ)百(bǎi)年来，当天(tiān)文学(xué)家们发现某些(xiē)天(tiān)体运(yùn)行轨道出现异常，不符合(hé)万有引力定律(lǜ)的时(shí)候，他们就(jiù)会(huì)知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王星的发(fā)现都是应用(yòng)万有引力定律所取得重大天(tiān)文(wén)成就的(de)例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星(xīng)系(xì)统的(de)尺度当中，可(kě)当我们上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量(liàng)后(hòu)发星(xīng)系团的质量(liàng)。这是(shì)一个由(yóu)数千个星系(xì)所组成的巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星系被引力束缚在(zài)一起。测量星(xīng)系(xì)团的(de)质量(liàng)一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一(yī)致，就(jiù)可(kě)以确定其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需要的数(shù)据是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动(dòng)力(lì)学质量的计(jì)算，是利用(yòng)光谱红移(yí)测量星系团中的各个星系(xì)相对于星系团(tuán)的运(yùn)动速度。当测量结果(guǒ)出来(lái)之后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消(xiāo)失了(le)，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的(de)形式所(suǒ)存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的(de)是(shì)，在测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹(zī)威基(jī)发(fā)现星系(xì)团(tuán)中很多(duō)星系的速度(dù)比理论上要(yào)快(kuài)得多，按照牛顿的(de)运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这(zhè)些(xiē)可(kě)见星系的质量所产生的引力(lì)是无法(fǎ)将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团(tuán)之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的(de)力量(liàng)在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出(chū)了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们(men)却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝(jué)大(dà)部分(fēn)的(de)质(zhì)量。只是当时的人们对这样的(de)一(yī)种(zhǒng)说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词(cí)才再(zài)一次出(chū)现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特在观(guān)测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会(huì)越慢(màn)。但(dàn)是他们(men)观测的结果却(què)让人感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着与(yǔ)中心距离(丰巢柜最多能存放几天收多少钱 丰巢柜滞留10天还能取吗lí)的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于(yú)这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法来解释暗(àn)物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是测量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现异常的结(jié)果，就认(rèn)为(wèi)是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于(yú)是科学家们通过(guò)射电望远镜测量了(le)距离星(xīng)系中(zhōng)心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的(de)旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们(men)的(de)太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离(lí)银(yín)河(hé)系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力(lì)定律进行计算，太(tài)阳(yáng)系的运行(xíng)速度应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太(tài)阳系正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围(wéi)绕银河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速度远远大于(yú)理论速(sù)度，那么产生以上这种向心(xīn)加速(sù)度的原因很可(kě)能就(jiù)是存在(zài)着(zhe)一种我们看(kàn)不到(dào)的物质，是这些(xiē)暗物(wù)质的引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道的速度，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗物(wù)质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可(kě)以(yǐ)解释这个现(xiàn)象的原因。在一(yī)项(xiàng)新的(de)研究当(dāng)中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的(de)遥远恒星之间(jiān)，也会出现速(sù)度上的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了(le)一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多(duō)，但是星(xīng)系(xì)当中存在的恒(héng)星数量却只有银河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在(zài)理论(lùn)上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但(dàn)是科学家们使用最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜(jìng)对(duì)其进行(xíng)了(le)40个小时(shí)的(de)详细测(cè)量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可(kě)以用正(zhèng)常的物质和力(lì)学定律来解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的(de)附(fù)近(jìn)没有任何星系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗(àn)物质的假说(shuō)之外，另一种可能就是人(rén)类对引力的理解还不够全(quán)面(miàn)，引力(lì)很可能(néng)在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意味着在(zài)行(xíng)星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所(suǒ)理(lǐ)解的(de)方式运动。但是上升到(dào)星系(xì)和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是不(bù)同的方式(shì)。对于在星(xīng)系团之间的相互作用，科(kē)学家(jiā)还(hái)引入了外(wài)部场效(xiào)应(yīng)的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需要对(duì)现在的物理定(dìng)律进(jìn)行(xíng)修正，这(zhè)些发现也(yě)让(ràng)很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星(xīng)系团，由(yóu)两个(gè)碰撞的(de)星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星团(tuán)，它们大(dà)部分的普通质量都在星系(xì)的(de)气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度的(de)急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部(bù)分的质(zhì)量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气体所在(zài)的(de)中间区(qū)域。那么我们通过什么来验证它(tā)的质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以(yǐ)明显地看到很(hěn)多星系似乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题(tí)，而(ér)是这样极遥远的(de)天体和我们地球上(shàng)的(de)观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质量(liàng)的东(dōng)西(xī)的引力(lì)，会使身后更遥远(yuǎn)星系(xì)的光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是(shì)引力透(tòu)镜(jìng)效(xiào)应。这个巨(jù)大的天体(tǐ)可能是超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星系(xì)团观(guān)测的时(shí)候，发现它(tā)的大质(zhì)量区域并不是(shì)在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物(wù)质则直接通(tōng)过了这个(gè)区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究也(yě)被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区(qū)域，但实际上(shàng)它(tā)们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过(guò)对前景背景分离后(hòu)的二值图像进行连通域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而(ér)随着暗物质的(de)增(zēng)加，一些峰值(zhí)的幅度(dù)会减小，才(cái)变(biàn)得看起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射的测量(liàng)值，我们需要的(de)暗(àn)物质(zhì)大约是普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星系(xì)当中恒星(xīng)运动(dòng)所需要的(de)暗物(wù)质(zhì)比例是一致(zhì)的(de)。这就意(yì)味着(zhe)。

用了(le)一个简单的理(lǐ)论(lùn)框(kuāng)架，就很好(hǎo)地(dì)解释了很(hěn)多不(bù)同的观(guān)测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本质就(jiù)是(shì)宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的(de)粒(lì)子，它们(men)不参(cān)与任何其他的(de)电磁作用，只通过引力(lì)来相互作(zuò)用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找到(dào)这种粒子(zi)的存在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是什(shén)么？科学家(jiā)们已经提出了数(shù)十种的假想目标(biāo)，而要寻找这(zhè)些不(bù)同(tóng)的(de)目标粒(lì)子所需要的实(shí)验方(fāng)式也不相同。在过去(qù)的几(jǐ)十年(nián)当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进(jìn)行了(le)超过50次的实(shí)验，却没有任何(hé)实质(zhì)性的发现(xiàn)，除了(le)一个地方，意大(dà)利的(de)格兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地(dì)下(xià)矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的(de)地学实验室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情(qíng)。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到(dào)最低，而且(qiě)在20年当中每年都是(shì)一(yī)样(yàng)。一(yī)些科学家(jiā)认为这可能是人类发现(xiàn)暗(àn)物(wù)质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了(le)太阳(yáng)系正在以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半(bàn)年(nián)的(de)时间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的(de)方向(xiàng)是一致(zhì)的(de)，而(ér)另外半年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到(dào)完全一致，这是(shì)理论(lùn)上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科(kē)学(xué)家认为这可以用(yòng)来解释，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他的情况(kuàng)，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异(yì)也(yě)可(kě)能是温度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大(dà)利游客的数量也(yě)符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在(zài)南(nán)半球建(jiàn)立了一(yī)个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流的运动特征和第一个(gè)实验(yàn)室是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到(dào)相同的信号，就可以成(chéng)为暗物(wù)质所存在的非常有(yǒu)力的证据了(le)。但是(shì)由于(yú)这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还无法提(tí)供相应的数据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但(dàn)它的宽视场仪器(qì)提(tí)供的视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一(yī)个关(guān)键(jiàn)的用途(tú)就是探(tàn)索暗物质背(bèi)后的奥秘(mì)，对(duì)于探测(cè)的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费米实(shí)验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或者(zhě)说(shuō)是(shì)生命进化(huà)的一(yī)个重要因素。

如(rú)果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物质会不(bù)会意味着人类并不(bù)孤单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某(mǒu)个角落的行星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论(lùn)的(de)大前(qián)提是要(yào)先找到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得(dé)暗(àn)物质到底存(cún)不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的(de)支持是我更新的动力！

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