宇宙是“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的(de)证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过(guò)50次的长期实验，但(dàn)是(shì)却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表了万(wàn)有(yǒu)引力定律，它揭示了(le)宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异(yì)常，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律的时候，他(tā)们就(jiù)会知道(dào)，周围一定(dìng)有未知的(de)天体通过引力在(zài)摄动它的(de)轨道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发(fā)现都是应用万有引力定律所取得(dé)重大天文成就(jiù)的(de)例(lì)子。但是这(zhè)些发(fā)现都是(shì)在恒星系(xì)统(tǒng)的(de)尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的(de)尺度(dù)，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨(cí)兹(zī)威(wēi)基正在研(yán)究和测(cè)量后(hòu)发星系团(tuán)的质量(liàng)。这(zhè)是(shì)一个由数千(qiān)个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一(yī)般(bān)会使(shǐ)用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是(shì)测量(liàng)各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二(èr)种是(shì)动(dòng)力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的(de)各个星系相对于星系团的运动(dòng)速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然是(shì)“光度(dù)学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不以可见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速度(dù)比理论上要快(kuài)得多(duō)，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们(men)束缚(fù)在(zài)星系团(tuán)内的，它们早就(jiù)应该被抛出(chū)星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸(xī)光、反(fǎn)射(shè)光，但(dàn)是(shì)它们(men)却占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部分的质(zhì)量。只是(shì)当时的(de)人们对这样(yàng)的(de)一种说法不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物质”这个(gè)词(cí)才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星(xīng)系中(zhōng)的恒(héng)星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到不可思(sī)议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持(chí)不变。可是根据牛(niú)顿(dùn)的万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当(dāng)中如(rú)果没有足(zú)够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当中了(le)。基(jī)于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解(jiě)释暗(àn)物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当(dāng)中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的(de)力量进(jìn)入(rù)其中。

于是科(kē)学(xué)家们通(tōng)过射(shè)电望远镜测量了距(jù)离(lí)星系(xì)中心更远(yuǎn)距(jù)离(lí)的氢元(yuán)素，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛(niú)顿的力(lì)学定律。我们的太阳(yáng)系(xì)也不例外，太阳(yáng)系位于银河(hé)系的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距(jù)离银(yín)河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据万有引力(lì)定律进(jìn)行计算，太阳系的(de)运行(xíng)速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际(jì)速度远远大于(yú)理论速(sù)度，那么(me)产生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心(xīn)加速度的(de)原因很可能就是(shì)存在(zài)着一(yī)种我们看不(bù)到的(de)物质，是这些暗物(wù)质的引力效应(yīng)将星系聚(jù)集在了一起。

也(yě)是(shì)从这时开始，越(yuè)来越多的研究(jiū)人员开始相信(xìn)暗(àn)物质的(de)存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道(dào)的速度，估算在星(xīng)系(xì)当中暗物(wù)质(zhì)的质量占(zhàn)整(zhěng)个星系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是唯一可(kě)以解释(shì)这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速(sù)度上的(de)微小差(chà)异。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常的(de)星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多(duō)，但是星(xīng)系当中存在的恒星数(shù)量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细(xì)测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可以用正(zhèng)常的(de)物(wù)质和力学(xué)定律来解释的(de)。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在(zài)。造(zào)成(chéng)这些现象的(de)除(chú)了暗(àn)物质的假说之(zhī)外，另一种可(kě)能就是人(rén)类对引力的理解还不够(gòu)全面(miàn)，引力(lì)很可能在不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的(de)工作方式是不同的(de)，这(zhè)意味着在行星系尺度(dù)中的天体(tǐ)会(huì)沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星(xīng)系团之间的相(xiāng)互(hù)作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会(huì)产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的(de)效果，这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让(ràng)很多(duō)人认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当(dāng)中还有关于暗物(wù)质存在的其他的理论证据(jù)，这(zhè)些理论(lùn)证据是(shì)蒙德(dé)理(lǐ)论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子(zi)弹星系团(tuán)，由两个碰撞的(de)星(xīng)系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星(xīng)系的气体当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万公里/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(de)急剧升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有(yǒu)这(zhè)些气体所在的中(zhōng)间区域(yù)。那么我(只要开窗一定不会煤气中毒吗，怎么判断煤气是不是漏了wǒ)们通过什么来验(yàn)证它的质量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以明显(xiǎn)地看到很多(duō)星系(xì)似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的(de)形变。其(qí)实(shí)这些星系本(běn)身并不是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了(le)什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地球上的观测者之(zhī)间(jiān)。被一个(gè)质(zhì)量(liàng)超级巨大的(de)天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象就是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质(zhì)量的黑(hēi)洞或(huò)者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大(dà)质量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当星(xīng)团发(fā)生(shēng)全部的碰撞时，可被(bèi)观测(cè)到的质量气(qì)体被卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物(wù)质则直接通过了这(zhè)个区域，并(bìng)在两边形成了(le)引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证(zhèng)据(jù)。

除(chú)此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图(tú)像进(jìn)行(xíng)连通(tōng)域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形看起来不(bù)应该是(shì)这样的(de)，而随着暗物(wù)质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景(jǐng)辐(fú)射的测量值，我们需要(yào)的暗物(wù)质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释(shì)星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗(àn)物质(zhì)比例是一(yī)致(zhì)的。这就意味着。

用了(le)一个简单的理论(lùn)框架(jià)，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多不同的(de)观测结果。而暗(àn)物质(zhì)的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互(hù)作用。所以如果能够找(zhǎo)到(dào)这只要开窗一定不会煤气中毒吗，怎么判断煤气是不是漏了种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当(dāng)于找到了暗(àn)物质存在的(de)实(shí)际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不同的目(mù)标粒子所需要(yào)的(de)实(shí)验方式也不相同(tóng)。在(zài)过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不(bù)见、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们(men)已经进行(xíng)了超过50次的实(shí)验，却没有任(rèn)何(hé)实(shí)质性的发现，除(chú)了(le)一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的(de)地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测(cè)到(dào)了(le)某种信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是(shì)一(yī)样。一(yī)些科学(xué)家认为这可能是(shì)人类发现暗(àn)物质的第一个直接证据。

但是(shì)为什么(me)暗物质会产生周期性的年度信号(hào)呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河系进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们(men)也(yě)在(zài)以这样的速度在(zài)穿(chuān)越着暗物质流(liú)，这个过程中会(huì)产生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年(nián)的(de)时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕(rào)银河系(xì)的(de)方向(xiàng)是(shì)一(yī)致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地(dì)球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗(àn)物质(zhì)流最快(kuài)的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好达(dá)到了最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的情(qíng)况(kuàng)中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是(shì)这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期(qī)性信号(hào)。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这种年度(dù)周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的(de)数量也(yě)符(fú)合这(zhè)个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实(shí)验(yàn)室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质流(liú)的运动特征和第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相(xiāng)同的信(xìn)号，就可以成为暗物质(zhì)所存(cún)在的非常(cháng)有力的证据了。但是由(yóu)于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还无(wú)法(fǎ)提(tí)供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做(zuò)“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太(tài)空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是(shì)探索(suǒ)暗(àn)物质背后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以待(dài)了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的(de)科只要开窗一定不会煤气中毒吗，怎么判断煤气是不是漏了学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者(zhě)说(shuō)是生(shēng)命(mìng)进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得(dé)到进一(yī)步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物质会不会(huì)意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行(xíng)星上(shàng)，暗(àn)物(wù)质正在通(tōng)过这(zhè)样的(de)效应(yīng)创(chuàng)造(zào)生(shēng)命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新(xīn)的动力！

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