宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无(wú)法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究(jiū)竟(jìng)是什么(me)？人类(lèi)为(wèi)了寻(xún)找暗(àn)物质存在的(de)证据，科(kē)学家们在过去的(de)几(jǐ)十(shí)年当中进行了超过50次的长期(qī)实验，但是却(què)没有(yǒu)发(fā)现(xiàn)任何的有(yǒu)效(xiào)证(zhèng)据。除了一个(gè)地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当天文学家们(men)发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符(fú)合万有引力(lì)定律(lǜ)的时候，他(tā)们(men)就会知道(dào)，周(zhōu)围一(yī)定有未知的(de)天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过(guò)天王星运(yùn)行(xíng)轨道(dào)的异(yì)常(cháng)，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所取得重大天文成(chéng)就(jiù)的(de)例子。但是这些发现都是在恒(héng)星系(xì)统(tǒng)的尺度(dù)当中，可当我们上升到(dào)星系(xì)或(huò)者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和(hé)测量后发星系(xì)团的质(zhì)量。这是一个由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系(xì)团(tuán)的质量一般会使用到(dào)两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法，当(dāng)两种方法(fǎ)结果一(yī)致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的(de)质(zhì)量"，需(xū)要的数(shù)据是测量各个星系的光(guāng)度(dù)。

第二种是动力学(xué)质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量星系团(tuán)中的(de)各个星系相对(duì)于星系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们无(wú)法看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量速度的过程(chéng)中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系(xì)团(tuán)中很多星系(xì)的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在(zài)星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出(chū)星(xīng)系团之外了，除(chú)非(fēi)有一种神(shén)秘的力(lì)量(liàng)在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提(tí)出了(le)这样部分(fēn)不可(kě)见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分(fēn)的(de)质(zhì)量。只是当(dāng)时的人们对(duì)这(zhè)样(yàng)的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的(de)恒(héng)星运动。理论上来说(shuō)，距(jù)离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的(de)恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家们会(huì)使用一种相对标(biāo)准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果出(chū)现异(yì)常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们(men)通过射(shè)电望远镜(jìng)测量(liàng)了距离(lí)星系中心更远距(jù)离(lí)的氢元素(sù)，发现它们(men)的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们(men)的太(tài)阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳系位于(yú)银河系的第(dì)三悬(xuán)臂(bì)之上，距离银(yín)河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律(lǜ)进行(xíng)计算(suàn)，太阳系(xì)的运行(xíng)速度应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银(yín)河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大(dà)于理论速度，那么产生(shēng)以(yǐ)上这种向心加速度的原因(yīn)很可能就(jiù)是存(cún)在着一(yī)种(zhǒng)我们看不到的(de)物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星(xīng)系聚(jù)集在了(le)一起。

也是从这时(shí)开始(shǐ)，越来越(yuè)多(duō)的研(yán)究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系(xì)当中暗(àn)物质的质量占(zhàn)整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但是(shì)，暗物质并不是(shì)唯一可(kě)以解释这个现(xiàn)象的原(yuán)因。在一项新(xīn)的(de)研(yán)究(jiū)当(dāng)中，科学(xué)家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引力(lì)效应的遥远37码鞋内长是多少厘米，37码鞋子内长是多少cm恒星之间(jiān)，也会出(chū)现(xiàn)速度上(shàng)的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发(fā)现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却(què)只有银河系的千分(fēn)之一(yī)。

所以在(zài)理论上，该星系(xì)必(bì)须存(cún)在(zài)暗物质，否则就会分崩离(lí)析(xī)。但是科学家们使用最先进(jìn)的望远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时(shí)的(de)详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒(héng)星(xīng)运(yùn)动是可以用正常的物质和力学定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么(me)又有人提出(chū)，也许该星系的暗物(wù)质，已经被(bèi)附近的(de)另一个大星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之(zhī)外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的(de)理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式(shì)是不(bù)同的，这意(yì)味着在行(xíng)星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的(de)轨道，按(àn)照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间的相互作用则是不(bù)同的方式。对于在星系(xì)团(tuán)之间(jiān)的相互(hù)作用，科学(xué)家还引(yǐn)入了外部场效(xiào)应的概念，指的是在数百万(wàn)光(guāng)年的(de)规模上(shàng)，巨大(dà)的质(zhì)量之间会产生(shēng)对(duì)彼(bǐ)此特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这意味着我们需要对(duì)现在的(de)物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很(hěn)多人认37码鞋内长是多少厘米，37码鞋子内长是多少cm为暗物(wù)质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)还有关于(yú)暗物(wù)质(zhì)存在的(de)其他的(de)理论证(zhèng)据，这些(xiē)理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没(méi)法解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个(gè)碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大(dà)部分的(de)普通(tōng)质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用(yòng)就会导致温度(dù)的急剧升(shēng)高(gāo)，速度大(dà)幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分(fēn)的(de)质量将位于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的中间区(qū)域(yù)。那么我们通过什(shén)么(me)来验证(zhèng)它(tā)的(de)质量区域(yù)到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当中第(dì)一(yī)张(zhāng)全(quán)彩的(de)高清照片(piàn)，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可以明显地看到很多(duō)星(xīng)系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其实这(zhè)些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而是这(zhè)样极(jí)遥远的天体和我(wǒ)们地球上的(de)观测者之间。被一个质量超级(jí)巨(jù)大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西(xī)的引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲(qū)。这(zhè)个(gè)现象(xiàng)就(jiù)是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的(de)黑洞或者是暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发(fā)现它的(de)大质量区域并(bìng)不是在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最(zuì)好的(de)解释方法就(jiù)是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引(yǐn)力透镜研(yán)究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之(zhī)外，还(hái)有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当中了(le)。经过了(le)130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性的微(wēi)波(bō)辐射(shè)。其中红色的部分表示(shì)温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域(yù)，但实(shí)际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学(xué)家们(men)通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行(xíng)连(lián)通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的(de)，而随着暗(àn)物(wù)质的增加，一些峰值(zhí)的(de)幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们需要的(de)暗物质大约(yuē)是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字与(yǔ)解释星(xīng)系当中恒星(xīng)运动(dòng)所(suǒ)需要的(de)暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗物(wù)质的本质(zhì)就(jiù)是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任(rèn)何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当于找到(dào)了暗物质存(cún)在的实(shí)际证(zhèng)据(jù)。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么(me)？科学家们(men)已经提(tí)出(chū)了(le)数十种(zhǒng)的(de)假想目(mù)标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要(yào)的实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类为了寻找这些(xiē)看不(bù)见(jiàn)、摸(mō)不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经(jīng)进(jìn)行了超过(guò)50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下(xià)1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地(dì)球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三(sān)层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称(chēng)观测到了(le)某种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多年(nián)的数据(jù)收(shōu)集，人们发现了一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探测率(lǜ)会在(zài)每年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而(ér)且在20年当中每年都是(shì)一样。一(yī)些科学(xué)家认为这(zhè)可(kě)能是人类发(fā)现暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质会产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信号(hào)呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进行移(yí)动，那么(me)如(rú)果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速(sù)度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的(de)，而另外半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全一致(zhì)，这(zhè)是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰(qià)好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河(hé)系的(de)平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影(yǐng)响这个理论(lùn)的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可(kě)以用来解释(shì)，研究人员们所(suǒ)观(guān)测到的周(zhōu)期(qī)性(xìng)信号(hào)。当然也可能有其他(tā)的情况(kuàng)，造(zào)成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意(yì)大(dà)利游客的(de)数(shù)量也符(fú)合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们(men)又在南半球建立了(le)一个几乎相同(tóng)的实验室，这里(lǐ)的季节与之前(qián)的实验室(shì)正好相反，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿(chuān)过暗(àn)物质流的(de)运动(dòng)特征和第一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里可(kě)以(yǐ)得(dé)到相(xiāng)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(shì)由(yóu)于(yú)这个(gè)实(shí)验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所(suǒ)以截至目前还(hái)无法(fǎ)提供(gōng)相(xiāng)应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但它(tā)的(de)宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼太(tài)空望远镜其(qí)中一个关键(jiàn)的用途就(jiù)是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于(yú)探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理论得(dé)到(dào)进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗物质(zhì)会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正在通过这样的(de)效(xiào)应创造生命。当然，这(zhè)些推论的(de)大前提是要先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗物(wù)质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新的(de)动力！

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