宇宙是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟是什(shén)么(me)？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过去的几十年当中(zhōng)进行了超(chāo)过50次(cì)的长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天文学家们发(fā)现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有(yǒu)引力定(dìng)律的时候，他(tā)们(men)就会(huì)知道，周围(wéi)一定有未知(zhī)的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并(bìng)且(qiě)发(fā)现了海王星的存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引力定律(lǜ)所取得重大天(tiān)文(wén)成就的例子。但是这(zhè)些发(fā)现都是在(zài)恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星(xīng)系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正在研究和(hé)测量(liàng)后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的(de)巨大星系(xì)团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系(xì)团的质量一般(bān)会使用到两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获(huò)得其"光度(dù)学(xué)的质量"，需要的数据是测量各(gè)个(gè)星系(xì)的光度。

第二(èr)种是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系(xì)相对于星系团的运动速度。当测量结果出(chū)来之后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并不(bù)以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存在，我们(men)无法看到(dào)。最诡异的(de)是(shì)，在(zài)测量速度的过(guò)程(chéng)中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的速度比理论(lùn)上要(yào)快(kuài)得多，按(àn)照牛(niú)顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可(kě)见星(xīng)系(xì)的质量所产生的引(yǐn)力(lì)是无(wú)法将它们束缚(fù)在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛出星系团之外了(le)，除非(fēi)有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量(liàng)来源于某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提(tí)出了(le)这样部(bù)分(fēn)不可(kě)见的暗质(zhì)，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时(shí)的(de)人们(men)对(duì)这(zhè)样的(de)一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再一次出(chū)现。天文学(xué)家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行(xíng)速度就会越慢。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(lí)的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不(bù)变(biàn)。可(kě)是(shì)根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足(zú)够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学(xué)家们会使用一种(zhǒng)相对标准的(de)方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的(de)力(lì)量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科学家(jiā)们通过射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符(fú)合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算(suàn)，太阳(yáng)系的运(yùn)行速度(dù)应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生(shēng)以上(shàng)这种向心(xīn)加(jiā)速度的原因很可能(néng)就是存在着一种我们看(kàn)不到(dào)的物质(zhì)，是这(zhè)些暗(àn)物质(zhì)的引力效(xiào)应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人(rén)员开始相信暗物质(zhì)的存在。科(kē)学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗(àn)物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没(méi)有引力效应(yīng)的(de)遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的(de)微小差异。另(lìng)外，天文学(xué)家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河系不多，但是(shì)星系当中存在的恒星(xīng)数(shù)量却(què)只有(yǒu)银河系(xì)的千(qiān)分之一。

所以在(zài)理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离(lí)析(xī)。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个(gè)小时(shí)的详细测量之后，发现(xiàn)星(xīng)系(xì)中的恒星运(yùn)动是(shì)可以用(yòng)正(zhèng)常(cháng)的物质和(hé)力学定(dìng)律来解(jiě)释的(de)。那(nà)么又(yòu)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。奇怪的(de)是，它的附近没有任(rèn)何星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗(àn)物(wù)质的假说(shuō)之(zhī)外(wài)，另一(yī)种(zhǒng)可能就(jiù)是人类(lèi)对引力的(de)理解还不够(gòu)全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作方(fāng)式是(shì)不同(tóng)的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的(de)轨道(dào)，按照我们所理解的方式(shì)运(yùn)动。但是上(shàng)升到星系和星(xīng)团的(de)尺度，引力之间的相互作用则是不(bù)同(tóng)的方式。对于在星系团之间(jiān)的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家(jiā)还引入(rù)了外(wài)部场效(xiào)应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的(de)质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意(yì)味(wèi)着我们(men)需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发现(xiàn)也让很(hěn)多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在的其(qí)他的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子(zi)弹星(xīng)系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的(de)星系团(tuán)所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普(pǔ)通质(zhì)量都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生(shēng)碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在(zài)的中间(jiān)区域。那么我们通过什么(me)来验证它的质量区域(yù)到底是不(bù)是集(jí)中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的高清照(zhào)片(piàn)，在照片中我们可以明显地(dì)看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些星(xīng)系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么(me)问(wèn)题(tí)，而是这样极遥远的天体(tǐ)和(hé)我们地(dì)球(qiú)上的观测(cè)者之(zhī)间(jiān)。被一个质量超级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的(de)引(yǐn)力，会(huì)使身后(hòu)更(gèng)遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就是(shì)引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大的天(tiān)体可能(néng)是超大质量的(de)黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系(xì)团(tuán)观测的(de)时候，发(fā)现它的大(dà)质量区域并不(bù)是(shì)在中间，而是(shì)在两(liǎng)侧(cè)。所(suǒ)以最(zuì)好的解释方法就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接通过了(le)这个(gè)区域，并在两边形(xíng)成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透(tòu)镜研究(jiū)也(yě)被认为是暗(àn)物质存(cún)在的迄今(jīn)为(wèi)止最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅通无(wú)阻地(dì)穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其(qí)中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后(hòu)的二(èr)值图像进行连通域提取和标(biāo)记之(zhī)后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗(àn)物(wù)质(zhì)的(de)增加，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会减小，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和(hé)谐”。为(wèi)了(le)匹配(pèi)宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射(shè)的测量值，我们需要的(de)暗物质大约(yuē)是普通物(wù)质的5倍。这个数字与(yǔ)解(jiě)释星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例是一(yī)致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很(hěn)好(hǎo)地解释(shì)了很多不同的观(guān)测结果。而暗(àn)物质(zhì)的本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型(xíng)的粒(lì)子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够(gòu)找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗(àn)物质存在的(de)实(shí)际证据(jù)。这种粒(lì)子到底(dǐ)是什么？科学家们已(yǐ)经提(tí)出了(le)数十种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不同的目(mù)标粒(lì)子所需要的(de)实验方式也不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类(lèi)为了(le)寻找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作(zuò)用的“暗(àn)物(wù)质(zhì)”，科(kē)学家们(men)已经进行(xíng)了(le)超过50次的(de)实(shí)验，却没有任(rèn)何(hé)实(shí)质性的发现，除了一个(gè)地(dì)方，意大利(lì)的格(gé)兰萨索山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地球上最大(dà)的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致(zhì)力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科学(xué)家声称观(guān)测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发现(xiàn)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月降到最低，而且在(zài)20年当(dāng)中每年都是一样。一(yī)些科学(xué)家认(rèn)为这可能是人类发现暗物质的第(dì)一个(gè)直(zhí)接证据(jù)。

但是为什么暗物质会(huì)产(chǎn)生(shēng)周期性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进(jìn)行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的速度在穿(chuān)越着暗(àn)物(wù)质流，这(zhè)个过(guò)程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的(de)时间(jiān)，地(dì)球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时(0是有理数吗还是无理数，0是有理数吗？判断题shí)候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是(shì)理论(lùn)上地(dì)球穿越暗物质(zhì)流(liú)最快(kuài)的时段(duàn)。而(ér)在11月(yuè)份(fèn)，又恰(qià)好达到(dào)了最慢值。尽管在实0是有理数吗还是无理数，0是有理数吗？判断题际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银河系(xì)的平(píng)面呈(chéng)现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这(zhè)个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测(cè)到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当(dāng)然也可能(néng)有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信(xìn)号的(de)差异也可(kě)能是温(wēn)度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高山(shān)上的(de)积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也符合(hé)这个周期的(de)规(guī)律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建(jiàn)立了一个(gè)几乎(hū)相同的实验室，这里的(de)季节与之(zhī)前的实验室(shì)正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室(shì)是一(yī)样的。

因此，如果在(zài)这里可以(yǐ)得到(dào)相同的信号，就(jiù)可(kě)以成为暗物质所存在的非常有力的(de)证据(jù)了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前(qián)还无法提供相应的数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一(yī)台(tái)新的望远镜，这台(tái)太(tài)空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽(kuān)视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键的用途(tú)就是(shì)探索暗(àn)物(wù)质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探(tàn)测的(de)结果，我们只能拭目以待了(le)。费(fèi)米实(shí)验室粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和(hé)贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们(men)极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这(zhè)一(yī)理论得到进一步的(de)证实，那(nà)么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意(yì)味着(zhe)人类并不孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的行(xíng)星上，暗(àn)物质正在通过这样(yàng)的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些(xiē)推论的大(dà)前提是要先(xiān)找(zhǎo)到(dào)暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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