宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又究竟是(shì)什么？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进(jìn)行了超过50次的(de)长期实验，但是却(què)没有发现任何(hé)的有效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲(zhé)学数(shù)学原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的(de)规律。往后的几百年来，当天(tiān)文学(xué)家(jiā)们发现(xiàn)某些(xiē)天(tiān)体(tǐ)运(yùn)行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不符合(hé)万有引力(lì)定律(lǜ)的时(shí)候(hòu)，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动(dòng)它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通(tōng)过天(tiān)王星运(yùn)行轨道的(de)异常，推算并(bìng)且发(fā)现(xiàn)了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发(fā)现都(dōu)是应用万有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天(tiān)文成就(jiù)的例(lì)子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系或者是星(xīng)团的(de)尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究(jiū)和(hé)测量后发(fā)星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些星系被引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测量星系(xì)团的质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一(yī)致，就可以确定其质量的(de)范(fàn)围。

第一种是获得其(qí)"光度(dù)学(xué)的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学(xué)质量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的各个星系(xì)相对于(yú)星系团的运动速度(dù)。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度(dù)的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中(zhōng)很多(duō)星系的速度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星(xīng)系的质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们(men)束(shù)缚(fù)在星系团(tuán)内的，它们(men)早就应该(gāi)被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维基(jī)提出了这样(yàng)部分不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但(dàn)是它(tā)们却占据(jù)着宇宙中绝大(dà)部分的质(zhì)量。只是当时的人(rén)们(men)对(duì)这(zhè)样的(de)一(yī)种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特在(zài)观(guān)测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的(de)恒星在(zài)其轨道上的(de)运(yùn)行速度就会(huì)越慢(màn)。但是他们观测(cè)的结果(guǒ)却让(ràng)人感(gǎn)到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星(xīng)的旋(xuán)转速度几乎保持(chí)不变(biàn)。可是根(gēn)据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果没有足够大(dà)的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基(jī)于(yú)这种现(xiàn)象，科(kē)学(xué)家们(men)会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方(fāng)法来解释暗(àn)物质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方(fāng)法就是测(cè)量星系当中气体(tǐ)在(zài)X轴上距(jù)离星系中(zhōng)心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的(de)结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于(yú)是(shì)科(kē)学(xué)家们通过射电望(wàng)远镜(jìng)测量了距离(lí)星系中心(xīn)更(gèng)远距离的氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外(wài)，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳系(xì)的运(yùn)行速度(dù)应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度的原因很(hěn)可能(néng)就(jiù)是(shì)存在着(zhe)一种我(wǒ)们看(kàn)不(bù)到的物(wù)质(zhì)，是这(zhè)些暗(àn)物质(zhì)的(de)引力(lì)效应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗物质的(de)存在。科(kē)学家根据星系(xì)外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系(xì)当中暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是(shì)唯一可以解释(shì)这(zhè)个现象的原因(yīn)。在一项新的研(yán)究当中，科(kē)学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没(méi)有引力(lì)效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出(chū)现速度上的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银(yín)河系不多，但是(shì)星系当中(zhōng)存在的(de)恒(héng)星数(shù)量却只有(yǒu)银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星(xīng)系(xì)必须存在(zài)暗(àn)物质，否则就(jiù)会分崩离(lí)析。但是科学(xué)家们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的详细测量(liàng)之(zhī)后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用(yòng)正常的物(wù)质和力学定律来解释的。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任(rèn)何(hé)星系存在。造成(chéng)这(zhè)些(xiē)现(xiàn)象的除(chú)了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中的工作(zuò)方式是不同的，这意(yì)味着在行星(xīng)系(xì)尺度(dù)中的天(tiān)体(tǐ)会沿着它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理(lǐ)解的方(fāng)式运动。但(dàn)是上升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间的(de)相互作用则是不(bù)同的(de)方式。对于在(zài)星(xīng)系团之间(jiān)的相互作用，科(kē)学家(jiā)还引入了(le)外部场效应的概念，指的是在数(shù)百(bǎi)万光(guāng)年的(de)规模上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间(jiān)会产生对(duì)彼此特殊(shū)的(de)效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这意味着我们需要(yào)对现在的(de)物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还(hái)有关于暗物质(zhì)存(cún)在的其他的理论证据，这(zhè)些理论证据是(shì)蒙德理论所没法解释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的(de)星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互(hù)作(zuò)用(yòng)就会(huì)导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有这些气(qì)体(tǐ)所在的中间区域。那么(me)我(wǒ)们通过什(shén)么来验证它的质(zhì)量区(qū)域到(dào)底是不(bù)是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大(dà)的形变。其(qí)实这(zhè)些星系(xì)本身(shēn)并不(bù)是真的(de)被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯(bó)望远镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们地球(qiú)上的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量(liàng)的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发(fā)生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就(jiù)是引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天体可能(néng)是超(chāo)大质量的(de)黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团(tuán)观测的时(shí)候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量(liàng)区域并不是在(zài)中间(jiān)，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透(tòu)镜。对(duì)子弹星系(xì)团的引力透(tòu)镜研(yán)究也被认为(wèi)是暗(àn)物质存在(zài)的迄(qì)今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多(duō)亿年(nián)之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其(qí)中红色的部分表(biǎo)示(shì)温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝(lán)色(sè)则(zé)表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们(men)之间(jiān)的温(wēn)差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景(jǐng)分离后的二值图像(xiàng)进(jìn)行连(lián)通域(yù)提(tí)取和(hé)标记(jì)之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗(àn)物质(zhì)大(dà)约是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解(jiě)释星系当中恒(héng)星运动所需要的(de)暗物质比例是(shì)一致的。这就(jiù)意(yì)味(wèi)着。

用(yòng)了(le)一个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观测(cè)结果。而暗物(wù)质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它(tā)们(men)不(bù)参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力(lì)来相互作用。所以如果能够找到这种粒子(zi)的(de)存在，就(jiù)相当于找到了暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提出了(le)数十种的假想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不同的目(mù)标(biāo)粒子(zi)所(suǒ)需要的实验方式也(yě)不(bù)相同。在过(guò)去的(de)几十(shí)年当(dāng)中，人类为了寻(xún)找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经(jīng)进行了超(chāo)过50次的实验(yàn)，却(què)没(méi)有任何(hé)实质性的发(fā)现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处(chù)的地(dì)民盟的加入条件是什么，民盟的加入条件是什么样的下(xià)矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上(shàng)最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会(huì)在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到(dào)最(zuì)低，而且在20年(nián)当(dāng)中每(měi)年都是一(yī)样(yàng)。一些科(kē)学家(jiā)认为这可(kě)能(néng)是人类发(fā)现(xiàn)暗(àn)物质的(de)第一个直接证据(jù)。

但是为什(shén)么暗(àn)物质会产生周(zhōu)期性的年度(dù)信号呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么如果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味(wèi)着(zhe)我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过(guò)程中会产(chǎn)生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半(bàn)年的时(shí)间，地(dì)球围(wéi)绕太(tài)阳的方向与太阳环(huán)绕银(yín)河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则(zé)与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时候，地(dì)球与(yǔ)太阳的方向正好达到(dào)完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的(de)情(qíng)况(kuàng)中，太阳系(xì)相(xiāng)对银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这(zhè)个(gè)理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学家(jiā)认为(wèi)这可(kě)以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他(tā)的(de)情况，造成(chéng)这(zhè)种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的(de)数(shù)量也符合这个周期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流(liú)的(de)运动(dòng)特征和第(dì)一个(gè)实验室是一样的(de)。

因(yīn)此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的(de)非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(民盟的加入条件是什么，民盟的加入条件是什么样的wàng)远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中(zhōng)一个关(guān)键(jiàn)的用途就(jiù)是探索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探测的结(jié)果，我(wǒ)们(men)只能拭目以待了。费(fèi)米实(shí)验室粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因(yīn)素(sù)。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进一(yī)步(bù)的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味(wèi)着人(rén)类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过(guò)这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存在(zài)的实(shí)际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支持是我(wǒ)更新的(de)动(dòng)力(lì)！

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