宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何(hé)会存在科学无法解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科(kē)学家们在过(guò)去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效(xiào)证据(jù)。除了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了(le)万有引力(lì)定律(lǜ)，它(tā)揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天体运动(dòng)的规律。往(wǎng)后的几百年(nián)来(lái)，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不(bù)符合万有(yǒu)引力定(dìng)律的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天(tiān)王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了(le)海王星的(de)存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发(fā)现都是(shì)应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成(chéng)就(jiù)的(de)例(lì)子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星(xīng)系(xì)或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威(wēi)基正在研究和(hé)测量后发星(xīng)系团(tuán)的质(zhì)量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成的(de)巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束(shù)缚(fù)在一起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一(yī)种是获(huò)得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光度(dù)。

第(dì)二种是动力(lì)学质量的计算(suàn)，是利用光(guāng)谱红移测(cè)量星(xīng)系团中的各个(gè)星系相对于(yú)星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发座星(xīng)系(xì)团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者(zhě)说(shuō)这99%的质量并(bìng)不以可见(jiàn)光的(de)形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的(de)是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系(xì)的速度比理论上(shàng)要快得多(duō)，按照牛顿的(de)运动(dòng)学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可见星系的质(zhì)量所(suǒ)产生(shēng)的引力是无(wú)法将它们束缚(fù)在星系团内的，它(tā)们(men)早(zǎo)就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一种神秘的(de)力量在起作(zuò)用(yòng)，这种(zhǒng)力量来(lái)源于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质。

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、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分的(de)质量。只是当时的人们(men)对这样(yàng)的一种说法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在(zài)观测(cè)正实数包括0吗包括负数吗，正实数包括零吗仙女座星系中(zhōng)的(de)恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在(zài)其(qí)轨道上的运行速(sù)度就会(huì)越慢(màn)。但(dàn)是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速(sù)度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的(de)万有引力定律(lǜ)，在星(xīng)系(xì)当中如果没有足(zú)够(gòu)大的质量来吸引它们(men)，这(zhè)些外围的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们(men)会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法(fǎ)来解释暗物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法就是测(cè)量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们通过射(shè)电望远镜测量了距离星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发(fā)现它(tā)们(men)的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银(yín)河系的第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离(lí)银河系中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万(wàn)有引力定律进(jìn)行计(jì)算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产(chǎn)生以上这种向(xiàng)心加速度的原因(yīn)很可(kě)能(néng)就是(shì)存(cún)在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物(wù)质的(de)引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚(jù)集(jí)在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来(lái)越多的(de)研(yán)究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗(àn)物质的质(zhì)量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是(shì)唯一可以(yǐ)解释这(zhè)个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们(men)发现(xiàn)，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另(lìng)外，天文学(xué)家还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地球大(dà)约2.5亿(yì)光(guāng)年，大(dà)小和银河系不(bù)多，但(dàn)是(shì)星系当中(zhōng)存在(zài)的恒星数(shù)量(liàng)却只(zhǐ)有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行(xíng)了(le)40个小时的详细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒星(xīng)运动是可以用正(zhèng)常的物质和(hé)力学(xué)定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是(shì)，它(tā)的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人(rén)类对引力(lì)的理解还不够(gòu)全面(miàn)，引力(lì)很可能(néng)在不同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工作方(fāng)式是不同的，这(zhè)意(yì)味着在(zài)行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运(yùn)动(dòng)。但是上升到(dào)星(xīng)系(xì)和星团的(de)尺度，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作(zuò)用则是不同的(de)方(fāng)式。对于(yú)在(zài)星系团之间(jiān)的(de)相互作用，科(kē)学家还引入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的(de)是在(zài)数百万光年(nián)的规模上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)成(chéng)立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也(yě)让(ràng)很(hěn)多人认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关(guān)于(yú)暗物质(zhì)存在的其他的理论证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)所没(méi)法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年(nián)的子(zi)弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类似这(zhè)样的(de)星团，它们大部(bù)分的普通(tōng)质量都在星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小(xiǎo)时发(fā)生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星(xīng)际(jì)气体的相(xiāng)互(hù)作用就(jiù)会(huì)导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低(dī)。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大(dà)部分的质量将位于(yú)所有这些气体所在的中间(jiān)区域(yù)。那么我(wǒ)们通过(guò)什么来(lái)验(yàn)证它的(de)质量(liàng)区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照片中(zhōng)我们(men)可以明显(xiǎn)地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了(le)巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜(jìng)出了什么(me)问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球(qiú)上(shàng)的观测(cè)者之间。被一个质(zhì)量超级巨(jù)大的天体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量(liàng)的(de)东(dōng)西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能(néng)是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或(huò)者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发(fā)现它(tā)的(de)大质量区域并(bìng)不是在(zài)中间，而(ér)是在两侧。所以(yǐ)最好的(de)解释方(fāng)法就是当星团(tuán)发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在(zài)了中间(jiān)，暗物质(zhì)则直接通过了这(zhè)个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透(tòu)镜研究也被认为(wèi)是(shì)暗物质存在(zài)的迄(qì)今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光(guāng)。从(cóng)宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年(nián)之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的(de)部分表示(shì)温度(dù)较(jiào)高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷(lěng)的区域，但(dàn)实际上(shàng)它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学家们(men)通过对(duì)前景背景分离后的二值图像进(jìn)行连(lián)通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射的(de)测量(liàng)值，我们需要(yào)的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质(zhì)比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与任(rèn)何其(qí)他(tā)的(de)电磁(cí)作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如(rú)果能够找到这种(zhǒng)粒(lì)子的存在，就相当(dāng)于找到(dào)了暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒(lì)子(zi)到底是什么？科(kē)学家(jiā)们已经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所需要的(de)实验(yàn)方(fāng)式(shì)也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了(le)超过(guò)50次的(de)实验，却没(méi)有(yǒu)任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井正实数包括0吗包括负数吗，正实数包括零吗当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科学(xué)家声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的数据(jù)收集，人们(men)发现了一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年(nián)的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物(wù)质会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)着银河系(xì)进行移动，那么(me)如果暗物质(zhì)存(cún)在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着我们也(yě)在以这样(yàng)的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间(jiān)，地(dì)球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到(dào)完全(quán)一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质(zhì)流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用(yòng)来(lái)解释，研究人员们所观测到(dào)的周期(qī)性(xìng)信(xìn)号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造(zào)成这种年度周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山(shān)上的积雪(xuě)，甚(shèn)至(zhì)连意大利游(yóu)客(kè)的数(shù)量也符(fú)合这(zhè)个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半(bàn)球(qiú)建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过(guò)暗物(wù)质流的运动特征和第(dì)一(yī)个实验室是一样的(de)。

因此，如果在这里(lǐ)可以(yǐ)得到相(xiāng)同(tóng)的(de)信号，就(jiù)可(kě)以成为暗物质(zhì)所存在的非常(cháng)有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室(shì)刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器提供的(de)视(shì)野是(shì)哈(hā)勃红外仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键的用途(tú)就是(shì)探(tàn)索(suǒ)暗物(wù)质背(bèi)后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭(shì)目以待了(le)。费(fèi)米实(shí)验(yàn)室粒子(zi)天体物理中心的科(kē)学家丹(dān)琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物(wù)质存(cún)在，它们极有可能拥有另一(yī)种神(shén)秘(mì)的(de)效(xiào)应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的(de)诞生，或者说是生命(mìng)进(jìn)化(huà)的一个(gè)重要因素。

如(rú)果这一(yī)理论得(dé)到进一步的证实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中的(de)暗物质会(huì)不会意味着人类并不孤(gū)单(dān)呢(ne)？或(huò)许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过(guò)这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持(chí)是我更新的动力(lì)！

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