宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什(shén)么(me)？人(rén)类(lèi)为了寻找暗(àn)物质存(cún)在的(de)证据，科学家们(men)在(zài)过去的几十(shí)年当中(zhōng)进(jìn)行了(le)超(chāo)过(guò)50次的长期(qī)实验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往(wǎng)后的几百年来，当(dāng)天文学家们发(fā)现某些天(tiān)体运行(xíng)轨道出现异常(cháng)，不符合万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一(yī)定有未(wèi)知(zhī)的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨(guǐ)道(dào)的(de)异常，推算并且发现了海(hǎi)王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引力(lì)定律所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒(héng)星系(xì)统(tǒng)的尺度(dù)当中，可(kě)当我(wǒ)们(men)上升到星(xīng)系或(huò)者(zhě)是星团的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测(cè)量(liàng)后发星系团的(de)质(zhì)量。这是一(yī)个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引(yǐn)力束缚(fù)在一起。测量星(xīng)系(xì)团的质(zhì)量一般会使用(yòng)到两种方(fāng)法，当两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)结(jié)果一致，就可(kě)以确(què)定其(qí)质量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需(xū)要的数据是测量各个星系的(de)光度(dù)。

第二种是动(dòng)力学质量(liàng)的计算(suàn)，是利用(yòng)光谱红移(yí)测量星系团中的各个星(xīng)系相对于星(xīng)系(xì)团的运动速度。当(dāng)测量结果出(chū)来之后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟(jìng)然(rán)是(shì)“光度(dù)学质(zhì)量(liàng)”的400倍(bèi)。这意(yì)味着(zhe)，后发座星(xīng)系团有99%的(de)质量消(xiāo)失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异(yì)的(de)是，在测量速度(dù)的过(guò)程中，兹威基发现星系团中很多星系的(de)速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些可见星(xīng)系(xì)的质量所产生的引力(lì)是(shì)无法将它们(men)束(shù)缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力(lì)量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提出(chū)了这(zhè)样部分不可见的(de)暗质，它不发散光、吸光中国现在有多少士兵军人，目前中国有多少士兵、反射光，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只(zhǐ)是(shì)当时(shí)的人们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再一次出(chū)现。天文学(xué)家(jiā)维拉(lā)鲁宾(bīn)和(hé)肯(kěn)特福特在观测仙(xiān)女座星系中的(de)恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒(héng)星在(zài)其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结(jié)果(guǒ)却让人(rén)感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可(kě)是(shì)根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早(zǎo)就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基于(yú)这种现(xiàn)象，科(kē)学(xué)家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对(duì)标(biāo)准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ中国现在有多少士兵军人，目前中国有多少士兵)的旋转速度。如(rú)果出现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗物质(zhì)的(de)力量(liàng)进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系(xì)中(zhōng)心更远距(jù)离(lí)的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合(hé)牛顿(dùn)的力(lì)学(xué)定律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也(yě)不例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河系(xì)的第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳系(xì)的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际(jì)速度远远大于理论(lùn)速(sù)度，那么产生(shēng)以上这种向心加速(sù)度的(de)原因很可能(néng)就(jiù)是存在(zài)着(zhe)一种我们(men)看不(bù)到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开(kāi)始(shǐ)相信暗物质(zhì)的存在(zài)。科(kē)学家根据(jù)星系外恒(héng)星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质(zhì)的(de)质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不(bù)是唯一(yī)可(kě)以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们(men)发(fā)现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也会中国现在有多少士兵军人，目前中国有多少士兵(huì)出现(xiàn)速度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球(qiú)大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河系不多(duō)，但是星系当中存在(zài)的(de)恒星数量却只有银河(hé)系的千分之(zhī)一(yī)。

所(suǒ)以在(zài)理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则(zé)就会分崩(bēng)离析。但是科(kē)学家们使用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对其进行了(le)40个(gè)小时的详细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常的物质(zhì)和力学定律来解释(shì)的。那么又有人(rén)提出，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗物(wù)质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种可能就(jiù)是人类对引(yǐn)力的(de)理解还(hái)不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能在不同尺度空(kōng)间中的工作方(fāng)式是(shì)不同(tóng)的，这意味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是(shì)上升(shēng)到星系和(hé)星团的(de)尺度，引力之间的相互作用则是不同的方(fāng)式。对(duì)于在星(xīng)系团之间的相互作用(yòng)，科学(xué)家还引入(rù)了外部(bù)场效应的概(gài)念，指的(de)是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产(chǎn)生(shēng)对(duì)彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗(àn)物(wù)质假说理论就此终(zhōng)结(jié)。但(dàn)是在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关于(yú)暗(àn)物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没(méi)法解释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年的(de)子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它(tā)们大部(bù)分的普通(tōng)质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际(jì)气体的相(xiāng)互作(zuò)用就会导致温度(dù)的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系团大部分的质(zhì)量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么(me)来验证(zhèng)它的质量(liàng)区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的(de)高(gāo)清照片(piàn)，在照(zhào)片中(zhōng)我们(men)可以(yǐ)明显地(dì)看到(dào)很多星系似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的形变。其实这(zhè)些星(xīng)系(xì)本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被(bèi)一个质量(liàng)超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量(liàng)的东西(xī)的引(yǐn)力(lì)，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星系的(de)光都发(fā)生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们(men)对(duì)子弹(dàn)星系(xì)团观测的时(shí)候(hòu)，发现(xiàn)它(tā)的大质量区域并(bìng)不是(shì)在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释方法就(jiù)是当(dāng)星(xīng)团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到(dào)的(de)质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了(le)这个区域(yù)，并在两边(biān)形成了引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的引力(lì)透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最(zuì)古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经过了(le)130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景(jǐng)上(shàng)留下了(le)各(gè)相同(tóng)性的微波辐(fú)射。其中红色的部(bù)分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差(chà)只有万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图(tú)像进行连通域(yù)提取和标记(jì)之(zhī)后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图(tú)形看起来不应该(gāi)是这(zhè)样(yàng)的(de)，而(ér)随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射的测量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物质大约(yuē)是(shì)普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了一个简单(dān)的(de)理(lǐ)论框架(jià)，就很好地解释了很多不同的观(guān)测(cè)结果。而暗(àn)物(wù)质的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们(men)不参(cān)与任何(hé)其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只通过引力来(lái)相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当(dāng)于找到了暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。这种粒子(zi)到底是什(shén)么？科学家们(men)已经提出了数十种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要寻(xún)找这些(xiē)不同的目标(biāo)粒子所需(xū)要的(de)实验方式也不相同。在过(guò)去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物(wù)质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大(dà)利的格兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到了某种信号。经过了(le)20多年的数据(jù)收集(jí)，人们发(fā)现了一个有(yǒu)趣的事情。探测(cè)率会在(zài)每(měi)年(nián)的6月份达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一(yī)个(gè)直接(jiē)证据(jù)。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着我们(men)也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流(liú)，这个过程中会(huì)产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的(de)时间，地球围(wéi)绕太(tài)阳的方向与太(tài)阳(yáng)环(huán)绕银河(hé)系的方向是(shì)一(yī)致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地(dì)球(qiú)与太阳的(de)方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论(lùn)上(shàng)地(dì)球穿越(yuè)暗物(wù)质流最快的时段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研究人员(yuán)们(men)所(suǒ)观测到的周期(qī)性信号。当(dāng)然(rán)也可能有其他的情(qíng)况，造(zào)成这种年度周期(qī)信号(hào)的(de)差异也可能是温度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连意大利(lì)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了一个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之前(qián)的实验室正(zhèng)好相反，而(ér)在(zài)这里，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的运动特征和第(dì)一(yī)个(gè)实验(yàn)室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可(kě)以得到(dào)相同的(de)信号(hào)，就可以成为暗物(wù)质所存在的(de)非常有力的证据了。但是由于(yú)这个(gè)实(shí)验室(shì)刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还无法提供相应的数(shù)据(jù)支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视场仪器提供的(de)视野(yě)是(shì)哈勃红(hóng)外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)其中一(yī)个(gè)关(guān)键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测(cè)的结果，我们只能拭(shì)目以待(dài)了(le)。费米实验室(shì)粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和(hé)贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它(tā)们极(jí)有(yǒu)可能(néng)拥有另(lìng)一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者说是(shì)生(shēng)命进(jìn)化的一个重要(yào)因素。

如果这(zhè)一理论得到进(jìn)一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗(àn)物(wù)质会不(bù)会意味着人类(lèi)并不(bù)孤单呢(ne)？或许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个(gè)角落(luò)的行(xíng)星上，暗物质正在(zài)通过(guò)这样的(de)效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大前(qián)提(tí)是要先找(zhǎo)到(dào)暗(àn)物(wù)质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物(wù)质(zhì)到底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的(de)支(zhī)持是我更新(xīn)的动力！

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