宇宙是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会存(cún)在科(kē)学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为(wèi)了寻(xún)找暗物质存在的(de)证据，科学家们在过(guò)去的几十年当(dāng)中(zhōng)进(jìn)行了超(chāo)过50次的长期实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任何的有效证(zhèng)据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭示了(le)宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后(hòu)的几百(bǎi)年来(lái)，当(dāng)天文学家们发现某(mǒu)些(xiē)天体运行(xíng)轨(guǐ)道出现异(yì)常，不符(fú)合万有引力定律的时(shí)候(hòu)，他(tā)们就(jiù)会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的(de)天体通(tōng)过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星运行轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并且发现了海王(wáng)星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星的发(fā)现都(dōu)是应用万有引力(lì)定律所(suǒ)取(qǔ)得重大天(tiān)文成就(jiù)的(de)例子。但是这些发(fā)现都是(shì)在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是(shì)星(xīng)团的尺度(dù)，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发(fā)星(xīng)系(xì)团的质量。这是(shì)一(yī)个由数(shù)千个星(xīng)系所组成的(de)巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星系被(bèi)引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测量星系(xì)团的(de)质量一般会使用到(dào)两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可(kě)以确定其质量的(de)范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据(jù)是测量各个(gè)星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利(lì)用(yòng)光谱红移测量(liàng)星系团(tuán)中的(de)各个星系(xì)相(xiāng)对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度(dù)学质(zhì)量”的(de)400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的(de)过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的速度比理论(lùn)上要快得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是(shì)无法将它们(men)束缚在星系团内的，它们(men)早(zǎo)就应该被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在(zài)起作用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形的物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出(chū)了这样部分不可(kě)见的暗质(zhì)，它(tā)不(bù)发(fā)散(sàn)光、吸光、反射绥芬河从我国流入哪个国家的境内河流，绥芬河从我国流入哪个国家的境内最多(shè)光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们对这样(yàng)的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和(hé)肯特福(fú)特在观测仙(xiān)女(nǚ)座(zuò)星系(xì)中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒(héng)星(xīng)在(zài)其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结(jié)果却让人(rén)感到不可思议。

随(suí)着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的(de)万有引力定(dìng)律，在(zài)星(xīng)系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足(zú)够大的质(zhì)量来吸(xī)引它(tā)们，这些外围(wéi)的(de)恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一(yī)种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是(shì)测量(liàng)星系当(dāng)中气体在X轴上距(jù)离星(xīng)系中(zhōng)心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速度。如果出(chū)现异常(cháng)的(de)结(jié)果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过(guò)射电望远镜测量了(le)距离(lí)星系中心更远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现(xiàn)它们(men)的旋转速(sù)度并(bìng)不(bù)符合牛顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于(yú)银河系的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系(xì)旋转，这个实(shí)际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上这(zhè)种(zhǒng)向心加(jiā)速度的原因很可能(néng)就是存(cún)在着一种我们看不(bù)到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗(àn)物(wù)质(zhì)的引(yǐn)力效应将星(xīng)系(xì)聚(jù)集在(zài)了一起。

也是从这时(shí)开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道(dào)的速度，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物质的质量占整个(gè)星系(xì)质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个(gè)现象的原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒(héng)星之(zhī)间，也会(huì)出现速度上的(de)微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天(tiān)文学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银(yín)河系不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却只有(yǒu)银(yín)河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该(gāi)星系必须存(cún)在暗物(wù)质，否则(zé)就(jiù)会分(fēn)崩(bēng)离(lí)析。但是(shì)科学家(jiā)们(men)使用最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细测量之(zhī)后(hòu)，发(fā)现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动是可以用正常(cháng)的物质和力学(xué)定律来解释(shì)的。那(nà)么(me)又有人提出(chū)，也(yě)许该星(xīng)系的暗物(wù)质，已经被附(fù)近(jìn)的另(lìng)一(yī)个大星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成(chéng)这些现象的除(chú)了暗物(wù)质的假(jiǎ)说(shuō)之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能(néng)就(jiù)是人(rén)类对引力的(de)理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方(fāng)式是不同(tóng)的(de)，这意(yì)味着在(zài)行星(xīng)系(xì)尺度中的天体会(huì)沿着它们(men)的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但(dàn)是上(shàng)升(shēng)到星系和(hé)星团的尺度，引力(lì)之间的相互(hù)作(zuò)用(yòng)则是不同的方(fāng)式(shì)。对于(yú)在星系团之间(jiān)的相(xiāng)互作用，科学家还引入了(le)外部场效应的概念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨(jù)大的质量(liàng)之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理论就(jiù)此(cǐ)终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)还有关于(yú)暗物质存在(zài)的(de)其他的理论(lùn)证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星(xīng)系团(tuán)所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质量都在星系的气体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会(huì)导致温度的急剧(jù)升(shēng)高，速度大(dà)幅(fú)降(jiàng)低(dī)。所(suǒ)以(yǐ)在理论上(shàng)，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系团大部分的质(zhì)量将(jiāng)位(wèi)于(yú)所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那么(me)我们通(tōng)过什(shén)么来(lái)验证它的质量区域到底是(shì)不是集(jí)中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)传回(huí)了(le)宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全彩(cǎi)的(de)高(gāo)清照片，在照片中我们(men)可以(yǐ)明显地看到(dào)很多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些(xiē)星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远(yuǎn)镜出了(le)什么问题，而是这样极(jí)遥远的(de)天体(tǐ)和(hé)我们地球上(shàng)的观测者之间。被(bèi)一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的东西的(de)引(yǐn)力，会使身(shēn)后(hòu)更(gèng)遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都发(fā)生了扭曲(qū)。这(zhè)个(gè)现象就是引力(lì)透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可能(néng)是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以(yǐ)当人(rén)们对子(zi)弹星系团观测的(de)时候，发现它(tā)的大质量区(qū)域并不是(shì)在(zài)中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测(cè)到(dào)的(de)质量气(qì)体(tǐ)被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的引力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的迄今为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见(jiàn)光终于可以畅通(tōng)无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背(bèi)景上留下了各相同性的(de)微波辐射。其中红(hóng)色的(de)部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际上它们(men)之间的温差只有万分之(zhī)一(yī)。

科(kē)学家们通过对(duì)前景(jǐng)背景分离(lí)后的(de)二值图像(xiàng)进行连通域(yù)提(tí)取和标记(jì)之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们需要的暗(àn)物质大(dà)约是普通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好地解释(shì)了(le)很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是(shì)宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着(zhe)某种类型的粒子，它(tā)们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力(lì)来相互作(zuò)用。所以如(rú)果能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物(wù)质存在的实(shí)际证据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是什么？科(kē)学家们已经提出(chū)了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要(yào)的(de)实验方式也不(bù)相同(tóng)。在过去(qù)的几(jǐ)十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规(guī)物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意(yì)大利的(de)格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一(yī)个(gè)三层楼(lóu)高的探测(cè)器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒(lì)子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到了某种信号(hào)。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的(de)事(shì)情。探测(cè)率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低(dī)，而(ér)且(qiě)在20年当(dāng)中每年都是一(yī)样。一些科学家(jiā)认为这可能是(shì)人类发现(xiàn)暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什么(me)暗物质(zhì)会(huì)产生周期性(xìng)的年度(dù)信号(hào)呢(ne)？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着(zhe)银(yín)河系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我(wǒ)们也在(zài)以(yǐ)这样的速度(dù)在穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太阳环绕银(yín)河(hé)系的方向是一致的，而另外半年(nián)则(zé)与之相(xiāng)反。

而(ér)在(zài)6月份的时候，地(dì)球与(yǔ)太阳的方向正好(hǎo)达到(dào)完全一(yī)致，这(zhè)是理(lǐ)论(lùn)上地(dì)球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银(yín)河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响(xiǎng)这(zhè)个理(lǐ)论的有效性。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可(kě)能(néng)有其他的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意(yì)大利(lì)游客的(de)数量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的实(shí)验(yàn)室，这(zhè)里的(de)季节(jié)与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿(chuān)过暗(àn)物质流(liú)的(de)运动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成(chéng)为(wèi)暗物质所存在的(de)非(fēi)常有力(lì)的证据了。但(dàn)是由于(yú)这个(gè)实(shí)验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截(jié)至目前还无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在202绥芬河从我国流入哪个国家的境内河流，绥芬河从我国流入哪个国家的境内最多5年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈(hā)勃望(wàng)远镜(jìng)相同(tóng)，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望远镜其(qí)中一个关(guān)键的用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物(wù)理中心的科学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会(huì)不会意味着人类(lèi)并不(bù)孤单呢(ne)？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物(wù)质正在通过这样(yàng)的(de)效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提(tí)是要先(xiān)找到暗(àn)物质存在的(de)实际(jì)证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动力(lì)！

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