宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无(wú)法(fǎ)解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)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中进(jìn)行了超(chāo)过50次的长期实验(yàn)，但是却(què)没有发现任何的有(yǒu)效证据。除(chú)了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后(hòu)的几百年来(lái)，当(dāng)天文(wén)学家(jiā)们发现某些(xiē)天(tiān)体(tǐ)运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力(lì)定律的时候(hòu)，他们(men)就会(huì)知道，周围(wéi)一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道(dào)的(de)异常，推算并且发(fā)现了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发(fā)现(xiàn)都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这些发现都是(shì)在(zài)恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹(zī)威(wēi)基正(zhèng)在研(yán)究和测量(liàng)后发星系(xì)团的质(zhì)量。这是一(yī)个由数千个星系所(suǒ)组成的(de)巨(jù)大(dà)星系(xì)团，这些星系被引力(lì)束缚在(zài)一起。测(cè)量星(xīng)系(xì)团(tuán)的质(zhì)量一般会使用(yòng)到(dào)两种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)结果一致(zhì)，就可(kě)以确(què)定其质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是(shì)测量(liàng)各(gè)个星系(xì)的光度。

第二种是(shì)动力学质量的计算(suàn)，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测量星系团中(zhōng)的各(gè)个星系相对于(yú)星系(xì)团的运动速度(dù)。当(dāng)测(cè)量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星(xīng)系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速(sù)度(dù)的过程中，兹威基发(fā)现(xiàn)星系团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的质量(liàng)所产生的(de)引力是(shì)无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被(bèi)抛出(chū)星系团(tuán)之(zhī)外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用(yòng)，这种力(lì)量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样(yàng)部分不可见的(de)暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸(xī)光、反射(shè)光，但是它(tā)们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是(shì)当(dāng)时的人(rén)们对这样的一(yī)种说法不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个词(cí)才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测(cè)仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒星运(yùn)动。理论(lùn)上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却(què)让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度(dù)几乎(hū)保(bǎo)持(chí)不(bù)变。可是(shì)根据(jù)牛顿的(de)万(wàn)有引力定律，在星系(xì)当中(zhōng)如果没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一种相对标准(zhǔn)的方(fāng)法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法(fǎ)就是测(cè)量(liàng)星(xīng)系当(dāng)中气体(tǐ)在(zài)X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就认(rèn)为是(shì)由暗物(wù)质的力量进入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们通(tōng)过(guò)射电望远镜测(cè)量了距(jù)离星系中心更(gèng)远距离的氢元(yuán)素(sù)，发现(xiàn)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)系也(yě)不例外(wài)，太阳系位于银河系(xì)的第(dì)三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但实际(jì)上，太阳天女散花的姿势是怎样的，男女之间天女散花是什么意思系正在(zài)以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个(gè)实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速(sù)度的原因很可能就是存在着一(yī)种我(wǒ)们(men)看(kàn)不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力(lì)效(xiào)应将星系聚集在了(le)一(yī)起。

也是(shì)从(cóng)这时开(kāi)始，越来越多的研(yán)究人员开(kāi)始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速(sù)度，估算在(zài)星系当中暗物质(zhì)的质(zhì)量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科(kē)学家们(men)发现(xiàn)，几(jǐ)乎(hū)没有引(yǐn)力效(xiào)应的(de)遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了一(yī)个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论(lùn)上，该(gāi)星(xīng)系必(bì)须存在暗物(wù)质，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学(xué)家们使用最先进的(de)望远镜对其进行了(le)40个小时的(de)详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动是可(kě)以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解释(shì)的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是(shì)，它的附(fù)近没有任何星系存在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除(chú)了(le)暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但(dàn)是上升到(dào)星系(xì)和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互(hù)作(zuò)用(yòng)则是不同的方式(shì)。对于在(zài)星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还(hái)引入了(le)外(wài)部场效(xiào)应的(de)概念(niàn)，指的(de)是在数百万(wàn)光年(nián)的规模上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特(tè)殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)成立，这意味着我们需要(yào)对现在(zài)的(de)物理(lǐ)定律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发现也让很多人(rén)认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗(àn)物质存在的其(qí)他的理论证据，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释(shì)的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系团所组成(chéng)，类似这样(yàng)的星(xīng)团，它们大(dà)部(bù)分的(de)普通质量都(dōu)在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质(zhì)量(liàng)将位(wèi)于所有这些气(qì)体所(suǒ)在的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通过什(shén)么来验证它的质量区域到底是不是集(jí)中在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张全彩的(de)高清照片，在照片中我们(men)可以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本身并不(bù)是(shì)真的(de)被扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问(wèn)题，而(ér)是(shì)这样极(jí)遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们地球上的观测(cè)者之(zhī)间(jiān)。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质量的东西的(de)引力(lì)，会使身(shēn)后更遥远星系的光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透(tòu)镜效应。这个巨(jù)大的天体可能(néng)是超(chāo)大(dà)质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人(rén)们(men)对子(zi)弹星系团观(guān)测(cè)的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不(bù)是(shì)在(zài)中(zhōng)间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星(xīng)团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了(le)中间，暗物质则直接(jiē)通(tōng)过了这(zhè)个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的(de)光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色(sè)的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较(jiào)冷(lěng)的区域(yù)，但实(shí)际上它们之间的(de)温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分(fēn)离(lí)后的二(èr)值图(tú)像进行连通域提取和标记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来(lái)不应该是(shì)这样的，而(ér)随(suí)着暗(àn)物质的(de)增加，一(yī)些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测量(liàng)值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是(shì)普(pǔ)通物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字(zì)与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物(wù)质比例(lì)是一致的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了一个(gè)简单的(de)理论(lùn)框架(jià)，就(jiù)很好地解释(shì)了很多(duō)不同的观测结果。而(ér)暗物质的本(běn)质就是(shì)宇宙当中存(cún)在着(zhe)某种类型的粒子，它们(men)不参与任(rèn)何其他的电磁(cí)作用，只通过引(yǐn)力(lì)来(lái)相互(hù)作用。所以如(rú)果能够找到(dào)这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子(zi)到(dào)底是什么？科学家们已经提(tí)出了(le)数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同的(de)目(mù)标粒子所需要的实验(yàn)方式也不(bù)相(xiāng)同。在过去的(de)几(jǐ)十年当中，人(rén)类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作用的“暗(àn)物(wù)质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了超(chāo)过50次(cì)的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除(chú)了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器(qì)，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的科学家声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的数据收(shōu)集，人(rén)们(men)发现(xiàn)了一(yī)个(gè)有趣的事(shì)情。探测(cè)率(lǜ)会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后(hòu)在(zài)11月降(jiàng)到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是(shì)为什么暗物质(zhì)会(huì)产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么(me)如(rú)果暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着我们(men)也(yě)在以这样的速度在(zài)穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这个过程中会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向是一(yī)致的，而(ér)另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球(qiú)与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达(dá)到完全一致(zhì)，这是理论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物(wù)质流最快(kuài)的(de)时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实(shí)际的(de)情况中，太阳系相(xiāng)对(duì)银(yín)河(hé)系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这(zhè)并(bìng)不影响这个理论的(de)有效性。

因此科学家认为(wèi)这(zhè)可以(yǐ)用(yòng)来解释(shì)，研究人员(yuán)们所观测到的周期性(xìng)信号。当(dāng)然也可能有其(qí)他的情(qíng)况，造(zào)成这种年度周期信号的差异(yì)也(yě)可能是温度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山(shān)上的(de)积雪，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合这个周期的(de)规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前(qián)的实验室(shì)正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和(hé)第一个实验室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗(àn)物(天女散花的姿势是怎样的，男女之间天女散花是什么意思wù)质所存在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目(mù)前(qián)还无法(fǎ)提供相应的数(shù)据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是(shì)哈勃红外仪(yí)器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一(yī)个关(guān)键的用(yòng)途(tú)就是(shì)探索(suǒ)暗(àn)物质背后的(de)奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子天体物理中心(xīn)的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究(jiū)发(fā)现，如果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命的(de)诞生，或者说(shuō)是生命(mìng)进化的(de)一个重要(yào)因素。

如(rú)果这一理论得(dé)到进一(yī)步的证实(shí)，那(nà)么(me)遍布宇宙当中的暗(àn)物(wù)质(zhì)会不会意味着人(rén)类并不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通过(guò)这(zhè)样的(de)效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的(de)大前(qián)提(tí)是(shì)要先找到暗物(wù)质存在的实(shí)际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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