宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质(zhì)存在的证据，科(kē)学家(jiā)们(men)在(zài)过去(qù)的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的有效证据。除(chú)了一个(gè)地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学数学原理一(yī)书(shū)中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它(tā)揭(jiē)示了(le)宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当天文学家(jiā)们发现某(mǒu)些天(tiān)体运(yùn)行轨道出现异常(cháng)，不(bù)符合万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律的时(shí)候(hòu)，他(tā)们就会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的(de)天体通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通过天王(wáng)星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发(fā)现都是(shì)应用万有引力(lì)定(dìng)律所取得重大(dà)天文成就(jiù)的(de)例子。但是这些(xiē)发(fā)现(xiàn)都是在恒星系统(tǒng)的尺度(dù)当(dāng)中，可当我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情就(jiù)开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正(zhèng)在研(yán)究(jiū)和(hé)测量后发星系团的(de)质量。这是一个由数(shù)千个星系所组(zǔ)成的(de)巨(jù)大星(xīng)系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测量(liàng)星系团的质(zhì)量(liàng)一般(bān)会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方法结果一致(zhì)，就可(kě)以确定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第(dì)一种是(shì)获(huò)得(dé)其(qí)"光度学的(de)质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星系(xì)的光度(dù)。

第二种是动(dòng)力学(xué)质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系(xì)团中的各个星(xīng)系相(xiāng)对于(yú)星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测量(liàng)速度的(de)过(guò)程中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团中很多星系的速度(dù)比理(lǐ)论上要快得多，按(àn)照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这(zhè)些可见星系的质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们(men)束缚在(zài)星系团内(nèi)的(de)，它们(men)早就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除(chú)非有一(yī)种神秘的力(lì)量(liàng)在起作用，这种力量来源(yuán)于(yú)某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了(le)这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部分(fēn)的质(zhì)量。只是当时的人(rén)们对这样的一种说法不(bù)屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才再一次出现。天文(wén)学(xué)家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特福特(tè)在观测仙女座星(xīng)系(xì)中的恒星运动(dòng)。理论(lùn)上来说(shuō)，距离中心(xīn)越(yuè)远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢(màn)。但(dàn)是(shì)他们观(guān)测的结果却让人感到不可(kě)思议。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿(dùn)的(de)万有引力定(dìng)律，在星系当(dāng)中如果没有足够大(dà)的质量来(lái)吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们(men)会使用一种相(xiāng)对标准的方法来解释暗物(wù)质的存(cún)在(zài)，这种方(fāng)法就是测量星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的(de)旋(xuán)转速(sù)度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学(xué)定律。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，距离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系(xì)正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速(sù)度围绕银河系(xì)旋(xuán)转，这个实际速度远远(yuǎn)大(dà)于理论速度(dù)，那么产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速(sù)度(dù)的原因很(hěn)可能就是(shì)存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗(àn)物质(zhì)的引(yǐn)力效应将星系聚(jù)集(jí)在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这(zhè)时开始，越来越多(duō)的(de)研究人员开始相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在。科(kē)学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解(jiě)释这个现象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的(de)研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系(xì)不(bù)多(duō)，但是(shì)星系(xì)当中(zhōng)存在的(de)恒星数量却只有(yǒu)银河系(xì)的千(qiān)分之(zhī)一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时(shí)的(de)详细(xì)测量之后，发现星系(xì)中的恒星运动是可(kě)以(yǐ)用正(zhèng)常的物质和力学定(dìng)律来(lái)解释(shì)的。那么又(yòu)有人(rén)提出(chū)，也许(xǔ)该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一(yī)个大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪(guài)的是，它的附(fù)近(jìn)没有任何星系存(cún)在。造(zào)成这些现(xiàn)象(xiàng)的(de)除了(le)暗物质(zhì)的(de)假说之(zhī)外，另一种可能就(jiù)是人类(lèi)对引力的理(lǐ)解还不够全面(miàn)，引力很可(kě)能在不同(tóng)尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意(yì)味着在行星系尺度中的(de)天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的方式运动。但是(shì)上升(shēng)到星系和星团的(de)尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相互(hù)作用则是不同的(de)方式。对于(yú)在星(xīng)系团之间的相互作用，科学家还引入(rù)了外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，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(bǐ)此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需(xū)要对(duì)现在的物理当兵至少要当几年才可以退伍呢，当兵至少当几年才能退伍(lǐ)定律进行修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论就(jiù)此(cǐ)终结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还(hái)有关(guān)于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论(lùn)证据是蒙德(dé)理论所(suǒ)没(méi)法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系团(tuán)所组当兵至少要当几年才可以退伍呢，当兵至少当几年才能退伍成，类似这样的星团，它们大(dà)部分的(de)普通质(zhì)量都(dōu)在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系(xì)团大部(bù)分的质量将位于所有这些气(qì)体所在的中间区(qū)域(yù)。那(nà)么我们(men)通过什(shén)么来验证它的质(zhì)量区域到(dào)底是不是(shì)集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩的高(gāo)清照片(piàn)，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多星系(xì)似(shì)乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远镜出了(le)什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的(de)观测者之间(jiān)。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就(jiù)是引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大(dà)的(de)天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人们对(duì)子弹星系团观测的时候，发(fā)现它(tā)的大(dà)质量区(qū)域并不是(shì)在(zài)中间(jiān)，而是在(zài)两侧(cè)。所以最(zuì)好的解(jiě)释方(fāng)法就是当星团发生全部(bù)的(de)碰撞时，可(kě)被(bèi)观测(cè)到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个(gè)区域，并(bìng)在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的(de)引力(lì)透镜研究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于(yú)可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙(zhòu)空(kōng)间背(bèi)景上留下了(le)各(gè)相同性的微(wēi)波辐射(shè)。其中红色的(de)部分表示(shì)温度较高的区域(yù)，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域(yù)，但实际上(shàng)它(tā)们(men)之间的温差只有万(wàn)分之一(yī)。

科学家们通过对前景(jǐng)背景(jǐng)分离后的二值(zhí)图(tú)像进行连(lián)通域(yù)提取和标记之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来(lái)不应该是这样的，而随(suí)着暗(àn)物质当兵至少要当几年才可以退伍呢，当兵至少当几年才能退伍的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅度会减小，才变(biàn)得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个(gè)数字(zì)与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是(shì)一致的(de)。这(zhè)就意味着。

用了一(yī)个简单的理论(lùn)框(kuāng)架，就(jiù)很(hěn)好地解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗(àn)物质(zhì)的本质就(jiù)是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力来相(xiāng)互作用。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子的(de)存在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物(wù)质存在的实(shí)际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到底是什(shén)么？科学家们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻(xún)找这些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方式也不(bù)相同。在过(guò)去的几(jǐ)十年当中，人类为了(le)寻找这些(xiē)看不见、摸(mō)不到(dào)，几(jǐ)乎(hū)不会与常(cháng)规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已(yǐ)经进行了(le)超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑(bēi)斯(sī)山(shān)脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上最大的(de)地学实验(yàn)室，这个实(shí)验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一(yī)个有趣的事情(qíng)。探(tàn)测率会在(zài)每(měi)年的(de)6月份达(dá)到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年(nián)都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是(shì)人类发现暗物质(zhì)的第(dì)一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是(shì)为(wèi)什么(me)暗(àn)物质会(huì)产生(shēng)周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系(xì)正在以220公里/秒的速(sù)度围绕(rào)着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着我们(men)也在以这样(yàng)的(de)速度在穿越着暗(àn)物质(zhì)流(liú)，这个过(guò)程(chéng)中会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时间(jiān)，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系(xì)的(de)方(fāng)向是一致(zhì)的，而另外半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的(de)时候，地球与太(tài)阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到完全一致，这是(shì)理(lǐ)论(lùn)上地球穿越暗物质(zhì)流最快(kuài)的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太(tài)阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是(shì)这并不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可(kě)以用来解释，研究人员们(men)所观测(cè)到(dào)的周期性(xìng)信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周期(qī)信(xìn)号的差(chà)异也可能是温度(dù)、湿(shī)度(dù)、土壤(rǎng)中的水分、高山上的(de)积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的数量也符(fú)合这个(gè)周期的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验(yàn)室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在(zài)这里，地(dì)球穿过(guò)暗物质流的(de)运动特征和第(dì)一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在这里可以得到相同的(de)信号，就(jiù)可以成(chéng)为(wèi)暗物质所存在的(de)非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截至目前还无(wú)法(fǎ)提供相应的数(shù)据(jù)支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这(zhè)台(tái)太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的(de)宽视场仪(yí)器提(tí)供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目以待(dài)了(le)。费米实验室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它(tā)们极有可能(néng)拥有(yǒu)另一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物(wù)质(zhì)效应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生(shēng)命的(de)诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人类并不(bù)孤单(dān)呢？或(huò)许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个角落的(de)行星(xīng)上(shàng)，暗物质(zhì)正(zhèng)在通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这些推论的(de)大前提(tí)是要先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得(dé)暗物质到(dào)底存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新(xīn)的(de)动力！

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