宇宙是“人(rén)为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟是什(shén)么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们(men)在(zài)过去的几十年当中进行了(le)超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一(yī)个(gè)地方，在(zài)1687年(nián)出(chū)版的自(zì)然哲学(xué)数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天(tiān)文学家(jiā)们发现某些天体(tǐ)运行(xíng)轨道出现异常，不(bù)符合万有引(yǐn)力定(dìng)律的时候(hòu)，他(tā)们就会知(zhī)道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算(suàn)并且发现了海王星的(de)存(cún)在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥(míng)王(wáng)星的发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当(dāng)中，可(kě)当(dāng)我们(men)上升到星(xīng)系或(huò)者是(shì)星团的(de)尺度(dù)，事情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究(jiū)和(hé)测(cè)量后发星系团的(de)质(zhì)量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的(de)巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束(shù)缚在一(yī)起。测(cè)量星系团(tuán)的质量一般会(huì)使用(yòng)到两种方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)结果一致，就(jiù)可以确定其(qí)质量的范围(wéi)。

第一种是获(huò)得其(qí)"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测(cè)量(liàng)各个星系的光度。

第(dì)二种是(shì)动力(lì)学质量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中(zhōng)的各个星(xīng)系相(xiāng)对于星系(xì)团的运动速度(dù)。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的(de)是(shì)，在测(cè)量速(sù)度(dù)的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发(fā)现星系团中很多(duō)星系的速度比理论上(shàng)要快(kuài)得(dé)多(duō)，按(àn)照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量(liàng)所产生(shēng)的引力是无(wú)法将它们束缚在(zài)星系团内的(de)，它们早就应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的(de)力量在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此，兹维基(jī)提出(chū)了这样(yàng)部分(fēn)不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离(lí)中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观(guān)测的(de)结(jié)果却让人(rén)感(gǎn)到不(bù)可思(sī)议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的(de)万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系当中如果没(méi)有(yǒu)足够大的质(zhì)量来吸(xī)引它(tā)们(men)，这些外(wài)围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇宙当中了(le)。基(jī)于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们会(huì)使用一(yī)种相对标准的方法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的(de)距(jù)离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是(shì)由(yóu)暗(àn)物质的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜(jìng)测量了距(jù)离(lí)星系(xì)中心更(gèng)远(yuǎ中国现在有多少士兵军人，目前中国有多少士兵n)距离的氢元素，发现它们(men)的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合牛顿(dùn)的力(lì)学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太(tài)阳(yáng)系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离(lí)银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万(wàn)光年(nián)，根据万(wàn)有引力定律进行(xíng)计(jì)算，太(tài)阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远远大于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生(shēng)以上这(zhè)种向心加速度(dù)的(de)原因很(hěn)可能就是存在(zài)着一种我们(men)看不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物(wù)质的引力(lì)效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研究人(rén)员开始相信(xìn)暗物质的(de)存在(zài)。科(kē)学(xué)家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当(dāng)中暗物(wù)质的质(zhì)量占(zhàn)整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效应的(de)遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速(sù)度上的(de)微(wēi)小差异。另外，天文学(xué)家还发(fā)现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河系不(bù)多，但是星系(xì)当中存在(zài)的恒星数量却只有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星(xīng)系必须(xū)存在暗物(wù)质，否则就会分崩(bēng)离析。但是(shì)科学家们使用最先进(jìn)的望(wàng)远镜对其进行(xíng)了40个小时(shí)的详细测量(liàng)之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运动是可(kě)以用正常的(de)物质和力(lì)学定律来解(jiě)释的(de)。那么(me)又有人提出(chū)，也许该星(xīng)系(xì)的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的(de)另一个大(dà)星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除(chú)了暗物质的假说(shuō)之外(wài)，另一种可(kě)能(néng)就是(shì)人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作(zuò)方(fāng)式是不同的，这意(yì)味(wèi)着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我(wǒ)们(men)所理解的方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互(hù)作用，科学(xué)家还引入了外部(bù)场效应(yīng)的概念，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光年的(de)规模(mó)上，巨(jù)大(dà)的质量之间会产(chǎn)生(shēng)对(duì)彼此特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这意味着我(wǒ)们(men)需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物(wù)质存在的(de)其他的理论(lùn)证据，这(zhè)些(xiē)理论证据(jù)是蒙(méng)德理论(lùn)所没法解释的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年的子(zi)弹星(xīng)系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它(tā)们大部(bù)分的(de)普通质量都在(zài)星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度(dù)的急剧升高，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量将位于(yú)所(suǒ)有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我们通过什么来(lái)验证它(tā)的(de)质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全(quán)彩的高清照片，在照(zhào)片中我(wǒ)们可以(yǐ)明显地看到很多(duō)星系似乎(hū)被拉伸产生(shēng)了(le)巨大的(de)形变。其(qí)实(shí)这些(xiē)星系本身并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了(le)，也(yě)不是韦伯望远镜出(chū)了(le)什么问题，而是这样极(jí)遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们地球上(shàng)的(de)观(guān)测者之间。被一(yī)个质量超级(jí)巨(jù)大(dà)的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大质量(liàng)的(de)东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个巨大的(de)天体可能是超(chāo)大(dà)质量的(de)黑洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹(dàn)星系团观(guān)测的时候，发现它的大(dà)质量区(qū)域并(bìng)不是(shì)在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方(fāng)法(fǎ)就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的(de)质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了(le)中间(jiān)，暗物质则直接(jiē)通过了这(zhè)个区(qū)域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透(tòu)镜(jìng)研究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还(hái)有来(lái)自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多(duō)亿(yì)年之后，这些(xiē)光在(zài)宇宙空(kōng)间背景上留下了各相(xiāng)同性的(de)微波辐射(shè)。其(qí)中红(hóng)色的(de)部分表(biǎo)示温度较高的(de)区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们(men)之间的温(wēn)差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的(de)二值图像进(jìn)行连通域(yù)提取(qǔ)和标记之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰值的(de)幅(fú)度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是一(yī)致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架(jià)，就(jiù)很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存在着(zhe)某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他(tā)的电(diàn)磁(cí)作用(yòng)，只通(tōng)过引力来相互作用。所(suǒ)以如(rú)果能够找到(dào)这种粒子(zi)的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是(shì)什(shén)么？科学家(jiā)们已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目(mù)标(biāo)，而要(yào)寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标粒子(zi)所需要的实(shí)验方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了(le)寻找这(zhè)些(xiē)看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物(wù)质”，科学(xué)家们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发(fā)现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地学实(shí)验室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼(lóu)高的(de)探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观(guān)测到了某种信(xìn)号。经(jīng)过(guò)了20多年的数据收(shōu)集(jí)，人们发(fā)现了一(yī)个(gè)有趣(qù)的(de)事情(qíng)。探测率会(huì)在每年(nián)的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然(rán)后在11月降到最低(dī)，而且(qiě)在20年当中每年(nián)都是一(yī)样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗(àn)物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什(shén)么(me)暗物质会产生周(zhōu)期性的年(nián)度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了(le)太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如(rú)果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物(wù)质流，这(zhè)个过程(chéng)中会(huì)产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的(de)方向与太(tài)阳环绕银河系的方(fāng)向是一(yī)致的(de)，而另外半年则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的(de)时(shí)候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达到(dào)完全(quán)一(yī)致(zhì)，这是(shì)理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因(yīn)此科(kē)学家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能(néng)有(yǒu)其他的情况，造成这种年度(dù)周期(qī)信号的差异(yì)也可能是(shì)温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至(zhì)连意大(dà)利游客的数量也符(fú)合这个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又在(zài)南(nán)半球建立了一个几乎(hū)相同(tóng)的实(shí)验室，这里的季节与之(zhī)前的实验(yàn)室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实(shí)验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如果在这(zhè)里(lǐ)可(kě)以得到相同的(de)信号(hào)，就可以成为暗(àn)物质所存在(zài)的非常(cháng)有力的证据了。但是由(yóu)于这个实验室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台(tái)新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提(tí)供的视(shì)野是哈勃红外(wài)仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途(tú)就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了(le)。费米(mǐ)实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬研(yán)究发现，如(rú)果暗物(wù)质(zhì)存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生命的(de)诞生，或者说是生命进化的一个重要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证实，那(nà)么(me)遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并(bìng)不孤(gū)单(dān)呢(ne)？或许在宇宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的(de)行星上(shàng)，暗(àn)物质正在通过(guò)这样的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大(dà)前(qián)提是要先找到暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的(de)实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存(cún)不(bù)存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的(de)支持是我更新的动力！

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