宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又究竟是(shì)什(shén)么(me)？人类为了寻找暗(àn)物质(zhì)存在的证据，科学(xué)家们(men)在过去的(de)几十(shí)年当中进行了超过(guò)50次的长期实(shí)验，但(dàn)是却(què)没有发(fā)现任何(hé)的(de)有效证据(jù)。除了一个地(dì)方，在(zài)1687年出(chū)版的(de)自然哲(zhé)学数(shù)学原理一书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发(fā)表了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它(tā)揭(jiē)示(shì)了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运(yùn)动的(de)规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来(lái)，当天文(wén)学家们发现(xiàn)某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道出(chū)现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他(tā)们就会知(zhī)道(dào)，周围(wéi)一定有未知的(de)天体通过引力在摄(shè)动它的(de)轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星(xīng)运行(xíng)轨(guǐ)道的异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了海王星的(de)存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王(wáng)星的(de)发现都是应用(yòng)万(wàn)有引力定律所取得重大天文成(chéng)就的例(lì)子。但是这些发现都是(shì)在恒(héng)星系统的(de)尺度当中，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事(shì)情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正在研(yán)究(jiū)和测(cè)量后发星(xīng)系团(tuán)的质量。这是(shì)一个(gè)由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系(xì)团(tuán)，这些星(xīng)系被引力束缚(fù)在一起。测量(liàng)星系团的(de)质(zhì)量一般(bān)会(huì)使用到两种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致(zhì)，就可以确(què)定其质(zhì)量的范(fàn)围。

第(dì)一种是获得其"光(guāng)度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第(dì)二种是动力(lì)学质量的计算，是利(lì)用(yòng)光谱红移测量星系团中的(de)各(gè)个(gè)星系相对于星系(xì)团(tuán)的(de)运动速(sù)度。当测(cè)量结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的(de)质量消失(shī)了(le)，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式所存(cún)在，我(wǒ)们(men)无法看到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测量速度的(de)过程中，兹威基发(fā)现星系(xì)团中很多星系的速(sù)度比理(lǐ)论上要快得(dé)多，按(àn)照(zhào)牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产生(shēng)的引力是(shì)无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛(pāo)出星系团之外了(le)，除非有一(yī)种神(shén)秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出(chū)了这样部分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当(dāng)时的(de)人们对(duì)这样的一种说(shuō)法不(bù)屑一(yī)顾。

直(zhí)到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才(cái)再(zài)一次出(chū)现。天文(wén)学家维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特在(zài)观测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在其(qí)轨(guǐ)道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他(tā)们(men)观测的(de)结果却(què)让人感(gǎn)到不(bù)可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒(héng)星的(de)旋转速度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星(xīng)系当中如果没有足够大的(de)质(zhì)量(liàng)来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴上距(jù)离(lí)星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物(wù)质的力量(liàng)进入其(qí)中。

于是科学家们通(tōng)过射电望(wàng)远镜测量(liàng)了(le)距(jù)离星(xīng)系中心更远距离(lí)的氢元素，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合(hé)牛顿的(de)力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太(tài)阳系的(de)运(yùn)行(xíng)速度(dù)应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速(sù)度围绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度远远大于理论(lùn)速度(dù)，那么产(chǎn)生(shēng)以上这(zhè)种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在着(zhe)一种我们看不到的(de)物质，是这(zhè)些(xiē)暗(àn)物质的引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人(rén)员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家(jiā)根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不(bù)是(shì)唯一可以解释这个现象(xiàng)的(de)原因。在(zài)一项新的研究(jiū)当中，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文(wén)学家(jiā)还发现了(le)一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但(dàn)是星(xīng)系(xì)当中存在的恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河系的(de)千分之一(yī)。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上(shàng)，该星系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们(men)使用最先进(jìn)的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发现(xiàn)星系中的(de)恒星运动是可以用正常的(de)物质和(hé)力学定律来(lái)解(jiě)释的。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗(àn)物质，已(yǐ)经被(bèi)附近(jìn)的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪(guài)的是，它(tā)的(de)附近没有任(rèn)何星(xīng)系存在。造成这些现象的除(chú)了暗(àn)物质(zhì)的假说之(zhī)外，另(lìng)一种(zhǒng)可能(néng)就是人类(lèi)对引(yǐn)力的理解还不够全面，引(yǐn)力(lì)很可(kě)能(néng)在不同(tóng)尺度(dù)空间(jiān)中的工作方(fāng)式是不同的，这意(yì)味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运(yùn)动。但是(shì)上升到星系(xì)和星团(tuán)的尺度，引力之间的(de)相(xiāng)互作用则是(shì)不同的方式。对于在星(xīng)系团之间的相互作用(yòng)，科学家(jiā)还引入了外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百万(wàn)光年(nián)的规模上，巨大的(de)质(zhì)量(liàng)之间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味(wèi)着我们需(xū)要对现在(zài)的物(wù)理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在(zài)的(de)其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是(shì)蒙德理论(lùn)所没法解释(shì)的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为37亿光(guāng)年(nián)的(de)子弹星系(xì)团(tuán)，由(yóu)两个(gè)碰撞的(de)星(xīng)系(xì)团所组成(chéng)，类似这样的星团，它(tā)们大部分(fēn)的(de)普通质量都在星系(xì)的气体当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作用就会导致温(wēn)度的(de)急剧升高，速度(dù)大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所有这些气(qì)体所在的中间区(qū)域。那么我(wǒ)们通过(guò)什么(me)来验证它的(de)质量区(qū)域到底是不是(shì)集(jí)中在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全(quán)彩的(de)高清照片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可以明显地(dì)看到(dào)很多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸产生了巨(jù)大(dà)的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了(le)什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们(men)地(dì)球(qiú)上的观测者之间。被(bèi)一个(gè)质量超级巨(jù)大的天体遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量的东(dōng)西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这(zhè)个巨大的(de)天体可能是超大(dà)质量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对(duì)子(zi)弹星系团观(guān)测的(de)时(shí)候，发现它的大质(zhì)量(liàng)区域并不(bù)是在(zài)中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释方法就是(shì)当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质(zhì)量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过(guò)了这(zhè)个(gè)区域，并在两边(biān)形(xíng)成了(le)引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被认为是(shì)暗物质存在的(de)迄(qì)今(jīn)为止最好(hǎo)的(de)理论证据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终(zhōng)于(yú)可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光在(zài)宇宙空(kōng)间背景(jǐng)上(shàng)留下(xià)了各相同性的(de)微(wēi)波(bō)辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但实(shí)际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们(men)通过(guò)对前景背景分离后(hòu)的(de)二值图像进行连通域(yù)提取(qǔ)和标记(jì)之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗物质，图(tú)形看起(qǐ)来不应(yīng)该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射(shè)的(de)测(cè)量(liàng)值，我们需(xū)要的(de)暗物质大(dà)约是普通物质(zhì)的(de)5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解(jiě)释(shì)星系当中恒星运动所需(xū)要的(de)暗物质比(bǐ)例是一(yī)致的。这就意(yì)味(wèi)着。

用了一个简单(dān)的(de)理论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它(tā)们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了(le)暗物质存在(zài)的实际证据。这(zhè)种粒子到(dào)底是(shì)什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的(de)目(mù)标粒子所需要的实验(yàn)方式也不(bù)相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常规(guī)物(wù)质相互作用的(de)“暗(àn)物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次(cì)的实验，却(què)没有任何实质性的(de)发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的(de)地(dì)学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层楼(lóu)高的探(tàn)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(zhè)里(lǐ)的科(kē)学(xué)家(jiā)声(shēng)称(chēng)观测(cè)到(dào)了某种信号。经过了(le)20多年(nián)的(de)数据收集，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探测(cè)率会(huì)在每年的6月(yuè)份达到峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年(nián)当中(zhōng)每年(nián)都(dōu)是一(yī)样(yàng)。一(yī)些科学家认为这可能(néng)是人类发现暗物质的第一个(gè)直(zhí)接证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗物质(zhì)会(huì)产(chǎn)生周期性(xìng)的(de)年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着(zhe)银河系(xì)进行(xíng)移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相(xiāng)应(yīng)的(de)振荡(dàn银川海拔高度是多少 银川有高原反应吗g)，同(tóng)时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时(shí)间，地球围绕太(tài)阳的(de)方向(xiàng)与太银川海拔高度是多少 银川有高原反应吗阳环绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地(dì)球与(yǔ)太阳的(de)方向正好(hǎo)达到完全一(yī)致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最(zuì)快的时(shí)段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系相对银河(hé)系的(de)平面呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科(kē)学家认(rèn)为这(zhè)可以用来解释，研究人员(yuán)们所观测(cè)到的(de)周期性信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年(nián)度(dù)周期信(xìn)号的差(chà)异也可能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分(fēn)、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚至连意大(dà)利(lì)游(yóu)客(kè)的数量也符合这个(gè)周期的(de)规律。

所以，科学(xué)家(jiā)们又(yòu)在南(nán)半球建立(lì)了一个几乎(hū)相同的(de)实验(yàn)室，这里的季节(jié)与(yǔ)之前(qián)的(de)实验室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球穿过(guò)暗物质流(liú)的(de)运动特征和第一个(gè)实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常(cháng)有力的证据(jù)了。但是由于(yú)这个(gè)实(shí)验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目(mù)前(qián)还(hái)无(wú)法提供相应的数(shù)据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)”，它的(de)主镜大小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同(tóng)，但它的宽视(shì)场仪器(qì)提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一(yī)个关键的用途就(jiù)是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应(yīng)，这种暗物质效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者(zhě)说是生命(mìng)进化的一个重要(yào)因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会不会(huì)意味(wèi)着人类并不孤(gū)单呢(ne)？或许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在(zài)通过这样的(de)效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前(qián)提是(shì)要先找到(dào)暗物质存在(zài)的(de)实际证(zhèng)据(jù)。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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