宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人(rén)类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证据(jù)，科学(xué)家们(men)在过去(qù)的几(jǐ)十年当(dāng)中进行了超过50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但是却没有(yǒu)发(fā)现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了(le)一个地方，在1687年出版的(de)自(zì)然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的几百年来(lái)，当(dāng)天文学家(jiā)们发现某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律的(de)时候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周围一定(dìng)有未知的天体通(tōng)过(guò)引力在(zài)摄动(dòng)它的(de)轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥(ào)本(běn)勒维(wéi)耶(yé)就(jiù)通过天王星(xīng)运行轨道的(de)异常(cháng)，推算并且发(fā)现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星(xīng)的发(fā)现都(dōu)是应用(yòng)万有引力(lì)定(dìng)律所(suǒ)取得重大(dà)天文(wén)成就的例子。但是这些发现(xiàn)都(dōu)是(shì)在恒星系(xì)统的(de)尺度(dù)当中，可(kě)当我(wǒ)们(men)上升(shēng)到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研究(jiū)和测量后发星(xīng)系团(tuán)的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一(yī)般会使用(yòng)到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方(fāng)法结果一致(zhì)，就可以确(què)定(dìng)其质量的(de)范(fàn)围。

第一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系(xì)的光度。

第二(èr)种是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的(de)各(gè)个(gè)星系相对(duì)于星(xīng)系(xì)团的运动速度。当测量结果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或者说(shuō)这99%的(de)质(zhì)量并(bìng)不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的(de)速(sù)度比理论上要(yào)快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系的质(zhì)量所产生的引(yǐn)力是(shì)无法将(jiāng)它们束缚在(zài)星系团内的，它们(men)早(zǎo)就应(yīng)该被抛(pāo)出(chū)星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来(lái)源于某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹(zī)维基(jī)提出了这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分(fēn)的质量。只是当时(shí)的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个(gè)词(cí)才(cái)再(zài)一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的(de)恒(héng)星运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨(guǐ)道上的(de)运(yùn)行速(sù)度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系(xì)当中如果没有足够大的(de)质(zhì)量来(lái)吸引它(tā)们，这些外(wài)围的恒(héng)星(xīng)早就被甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们(men)会(huì)使用(yòng)一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方法来解释(shì)暗物(wù)质的(de)存(cún)在，这种方法就(jiù)是测量星系(xì)当(dāng)中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出(chū)现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家(jiā)们通过射电望远镜测量(liàng)了距离星(xīng)系中心(xīn)更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度并不符合(hé)牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我们(men)的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距(jù)离银河系中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引力定律进行计(jì)算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速(sù)度(dù)远远大于理(lǐ)论速(sù)度(dù)，那么产生(shēng)以上这种向心(xīn)加(jiā)速(sù)度的原(yuán)因(yīn)很可能(néng)就(jiù)是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看不到(dào)的物(wù)质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在(zài)了(le)一起。

也(yě)是从这(zhè)时开(kāi)始，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算在(zài)星系(xì)当中(zhōng)暗物质(zhì)的质量(liàng)占(zhàn)整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解(jiě)释这个现象的(de)原因。在一项新的研究当中，科学(xué)家(jiā)们(men)发现，几乎没(méi)有引力(lì)效(xiào)应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差(chà)异。另外，天文学(xué)家还发现(xiàn)了(le)一个(gè)反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银河系(xì)不多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只有银(yín)河系(xì)的千(qiān)分之一。

所以在(zài)理论(lùn)上，该星系必须(xū)存在暗(àn)物质，否则就会(huì)分(fēn)崩(bēng)离析。但是(shì)科学(xué)家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望远(yuǎn)镜对(duì)其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可以用(yòng)正常的(de)物质和力学定律来解(jiě)释的。那么(me)又有人提出，也许该(gāi)星系(xì)的(de)暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造成(chéng)这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一种可能(néng)就(jiù)是(shì)人类对引力的理解还(hái)不(bù)够全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不(bù)同尺度空(kōng)间(jiān)中的工作方(fāng)式是不同的(de)，这意味(wèi)着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理(lǐ)解(jiě)的(de)方(fāng)式运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互(hù)作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的(de)相(xiāng)互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光年的规模上，巨(jù)大的质量(liàng)之间会产生对(duì)彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味(wèi)着我们需要(yào)对现在的(de)物理定(dìng)律进行(xíng)修正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人认(rèn)为暗物质假说(shuō)理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在七月既望是什么意思，壬戌之秋,七月既望是什么意思的(de)其他的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团，由(yóu)两(liǎng)个(gè)碰(pèng)撞的星系团所(suǒ)组成，类似(shì)这样的星团，它(tā)们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会(huì)导致温度(dù)的急剧升(shēng)高，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的(de)质量(liàng)将位于所有这些气体所在的(de)中间区(qū)域。那么我(wǒ)们通过什(shén)么(me)来(lái)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，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片(piàn)中(zhōng)我们(men)可以明显地看到很多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸(shēn)产生了巨大(dà)的形变。其实这些(xiē)星系本身并不是真(zhēn)的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了(le)什(shén)么(me)问题，而(ér)是(shì)这样极遥远的天体和我(wǒ)们(men)地球上的(de)观测者(zhě)之间。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生(shēng)了(le)扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象(xiàng)就是(shì)引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个(gè)巨大的天(tiān)体可能是超(chāo)大质量的(de)黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测(cè)的时(shí)候，发现它的大质量区(qū)域(yù)并不是(shì)在(zài)中间，而(ér)是在(zài)两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当星团发生全部(bù)的碰撞时(shí)，可被(bèi)观测到(dào)的(de)质(zhì)量(liàng)气体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系(xì)团的引力透(tòu)镜(jìng)研究也被认为(wèi)是暗物质(zhì)存在的迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见光(guāng)终于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地(dì)穿越在(zài)宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间(jiān)背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐(fú)射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之(zhī)间(jiān)的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背(bèi)景(jǐng)分离后的二值图(tú)像进行(xíng)连(lián)通域提取和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该(gāi)是这样(yàng)的，而(ér)随着暗(àn)物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的(de)暗(àn)物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当(dāng)中恒(héng)星运动所需(xū)要的暗物质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单(dān)的理论框架(jià)，就很好地(dì)解释了(le)很多不同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的(de)粒子，它们不(bù)参(cān)与任何其他的(de)电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以如(rú)果能够找到这(zhè)种粒(lì)子的存在，就相(xiāng)当于找到了(le)暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒(lì)子(zi)到底(dǐ)是(shì)什么(me)？科学家们(men)已经提出了数(shù)十种的(de)假想目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要的(de)实验(yàn)方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为了(le)寻找这(zhè)些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了(le)一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地球上最大的地(dì)学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探(tàn)测(cè)器，一直(zhí)致(zhì)力于寻(xún)找暗物质粒(lì)子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里(lǐ)的(de)科学(xué)家(jiā)声称观测到(dào)了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事(shì)情(qíng)。探(tàn)测率(lǜ)会在(zài)每年的6月份达到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月(yuè)降到最(zuì)低，而(ér)且在20年(nián)当(dāng)中每(měi)年(nián)都(dōu)是一(yī)样(yàng)。一些科(kē)学家认(rèn)为这可能是(shì)人(rén)类发现暗物质的第(dì)一个直(zhí)接证据。

但是为什(shén)么暗物(wù)质会(huì)产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正(zhèng)在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)着银河系(xì)进行移动，那么如果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系(xì)的方向是一致的(de)，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候(hòu)，地球与太阳的(de)方向正(zhèng)好达到完全(quán)一致，这是理论(lùn)上(shàng)地球(qiú)穿越(yuè)暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)的情况(kuàng)中，太(tài)阳(yáng)系(xì)相对银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们(men)所(suǒ)观测到的(de)周期性信号。当然(rán)也可(kě)能有其他的(de)情况(kuàng)，造(zào)成这种年度周期(qī)信(xìn)号的(de)差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符合这(zhè)个周(zhōu)期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又在(zài)南(nán)半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室，这里的季(jì)节(jié)与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可以得到相(xiāng)同的信号(hào)，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法提(tí)供相(xiāng)应的数据(jù)支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发(fā)射一台(tái)新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器(qì)提供的视野(yě)是哈勃(bó)红外(wài)仪器的(de)100倍(bèi)。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远镜其中一(yī)个关键的(de)用途(tú)就(jiù)是探(tàn)索(suǒ)暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以待了。费米实(shí)验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物(wù)质存在，它(tā)们(men)极有(yǒu)可(kě)能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物(wù)质效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如(rú)果这(zhè)一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物(wù)质会(huì)不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的(de)行星上，暗物(wù)质正(zhèng)在通(tōng)过这样的(de)效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际(jì)证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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