宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在(zài)科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在(zài)的证据，科学家(jiā)们在过去(qù)的几(jǐ)十(shí)年当中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任(rèn)何的有效证据。除了(le)一个(gè)地方，在1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲学(xué)数学(xué)原理(lǐ)一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天(tiān)文学家们发(fā)现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王星运(yùn)行轨(guǐ)道的异常，推算(suàn)并且(qiě)发现(xiàn)了海王(wáng)星的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引力(lì)定律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些(xiē)发(fā)现都是在恒(héng)星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或(huò)者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究和测量后发星(xīng)系(xì)团(tuán)的质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个(gè)星系(xì)所组成(chéng)的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系团的质量一般会使(shǐ)用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得(dé)其"光度(dù)学的质量(liàng)"，需要(yào)的(de)数据是(shì)测量(liàng)各个(gè)星系的光(guāng)度。

第二种是动力(lì)学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星(xīng)系相对于(yú)星系团的运(yùn)动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并(bìng)不以可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度(dù)的过程(chéng)中，兹威(wēi)基发现星系团中(zhōng)很多星系的速(sù)度(dù)比理论(lùn)上要(yào)快得多，按照(zhào)牛(niú)顿(dùn)的(de)运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应(yīng)该被抛出星系(xì)团(tuán)之外(wài)了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于某种隐形(xíng)的(de)物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大(dà)部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这(zhè)样的(de)一(yī)种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文学(xué)家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行(xíng)速(sù)度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结(jié)果却(què)让人感到(dào)不可思(sī)议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有足(zú)够(gòu)大的质(zhì)量来吸(xī)引(yǐn)它们，这(zhè)些(xiē)外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对标准的方(fāng)法来解释暗(àn)物质的(de)存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体(tǐ)在(zài)X轴上距离星系(xì)中(zhōng)心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度(dù)。如果出现异常的结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科学(xué)家(jiā)们通过射电望远镜测量了(le)距(jù)离星系中心更远距离的(de)氢(qīng)元素，发现它们的旋(xuán)转速度(dù)并(bìng)不符合牛顿的力(lì)学(xué)定律(lǜ)。我们的(de)太阳系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系(xì)的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计(jì)算，太(tài)阳(yáng)系的运(yùn)行(xíng)速度(dù)应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度(dù)远远大于理论速度，那么产生以上这(zhè)种向(xiàng)心加(jiā)速度的原因很可能就(jiù)是存在着一种我们看不到的(de)物(wù)质，是(shì)这些(xiē)暗物(wù)质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越来越多的研究人(rén)员开(kāi)始相信暗物质的(de)存在(zài)。科学家根据(jù)星系外(wài)恒(héng)星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物质的质量占(zhàn)整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不是唯一可以(yǐ)解(jiě)释这个现象的原因。在(zài)一项新(xīn)的(de)研(yán)究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必(bì)须存(cún)在暗物质(zhì)，否则就会(huì)分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测(cè)量之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒星运动(dòng)是可以用(yòng)正(zhèng)常的物(wù)质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的(de)另一个大星系(xì)剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它的附(fù)近(jìn)没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象的除(chú)了(le)暗(àn)物质的(de)假(jiǎ)说之外，另一种可能(néng)就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度(dù)空间中的(de)工作方(fāng)式(shì)是不同的(de)，这意味着在行星系尺度中的(de)天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到(dào)星系和(hé)星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的(de)相互作用则(zé)是不同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部(bù)场效应的概念，指的(de)是在数百万光年的规(guī)模上(shàng)，巨大的质(zhì)量之间会(huì)产生对(duì)彼此特殊的(de)效果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味(wèi)着我们(men)需要(yào)对现在的物理定律进(jìn)行(xíng)修正(zhèng)，这些发(fā)现也让很多(duō)人认(rèn)为暗物质假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个(gè)碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)星系团所组成，类(lèi)似这样的星团(tuán)，它(tā)们(men)大部分的普通质(zhì)量都(dōu)在(zài)星系(xì)的气体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际(jì)气(qì)体的相互作用(yòng)就会导(dǎo)致温度的急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅(fú)降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在(zài)碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系团大(dà)部分的(de)质(zhì)量将位(wèi)于(yú)所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来(lái)验证它(tā)的质量区域到底(dǐ)是不是集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空(kōng)望远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)第(dì)一(yī)张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其(qí)实这些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远镜出了(le)什么问题(tí)，而是(shì)这样(yàng)极遥远的天体和我们(men)地球上的观测者之间(jiān)。被(bèi)一(yī)个(gè)质量超级巨大(dà)的(de)天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可(kě)能是超(chāo)大质量的(de)黑(hēi)洞(dòng)或者是暗(àn)物质(zhì)。

所以当(dāng)人(rén)们对子(zi)弹星系(xì)团观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它(tā)的大质量区(qū)域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时(shí)，可被观测(cè)到(dào)的(de)质量气体被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质(zhì)则直接通(tōng)过了这(zhè)个(gè)区域，并(bìng)在两边(biān)形(xíng)成了引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系团的引力黑豆熬水喝有什么好处和坏处，黑豆煮水坚持喝一个月透(tòu)镜研(yán)究也被(bèi)认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除(chú)此之外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了(le)。经过了130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相(xiāng)同性(xìng)的微(wēi)波辐射(shè)。其中(zhōng)红(hóng)色(sè)的(de)部分表示温(wēn)度较高(gāo)的区(qū)域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较冷(lěng)的(de)区域，但实际上它们(men)之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图(tú)像进行(xíng)连(lián)通域(yù)提取和标记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗(àn)物质，图形(xíng)看(kàn)起来(lái)不应该是(shì)这样(yàng)的，而(ér)随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字(zì)与解释星(xīng)系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物(wù)质(zhì)比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好(hǎo)地解(jiě)释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类(lèi)型(xíng)的粒(lì)子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作(zuò)用。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。这种粒(lì)子到底是什(shén)么(me)？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想目标(biāo)，而要(yào)寻找这些不(bù)同的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)看不(bù)见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与常规物(wù)质(zhì)相互作用的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行(xíng)了(le)超过(guò)50次的实验，却没有任(rèn)何实质(zhì)性的发现，除了(le)一个地(dì)方，意大(dà)利(lì)的格兰萨(sà)索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大的(de)地学实(shí)验室(shì)，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗(àn)物质粒(lì)子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了(le)某(mǒu)种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多年(nián)的(de)数据收集，人们(men)发现了一个(gè)有趣(qù)的事(shì)情(qíng)。探测率会在每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家(jiā)认(rèn)为(wèi)这(zhè)可能(néng)是人类发现暗物质的(de)第一个直接证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度信号(hào)呢(ne)？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物(wù)质存在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度(dù)在穿越着暗(àn)物质(zhì)流，这个过程中会产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同(tóng)时地球(qiú)又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以有半年(nián)的时间，地球(qiú)围(wéi)绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳环绕银(yín)河(hé)系(xì)的方向(xiàng)是一致的(de)，而另外(wài)半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时(shí)候(hòu)，地球与太阳的(de黑豆熬水喝有什么好处和坏处，黑豆煮水坚持喝一个月)方向正(zhèng)好达到完(wán)全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗(àn)物质(zhì)流最快的(de)时(shí)段。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达到了(le)最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理(lǐ)论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科学家(jiā)认为这(zhè)可以用(yòng)来解释(shì)，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有(yǒu)其(qí)他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至(zhì)连意大(dà)利游客的数量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半(bàn)球建(jiàn)立了(le)一个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之前(qián)的实(shí)验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运(yùn)动(dòng)特征(zhēng)和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可(kě)以得(dé)到(dào黑豆熬水喝有什么好处和坏处，黑豆煮水坚持喝一个月)相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了(le)。但是由(yóu)于这个(gè)实(shí)验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前(qián)还无法(fǎ)提供相应(yīng)的数(shù)据支(zhī)持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的(de)主镜(jìng)大小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器提供的(de)视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个(gè)关键的用(yòng)途就是(shì)探(tàn)索暗物(wù)质背后的奥秘(mì)，对于探测的(de)结果，我们(men)只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费米实验(yàn)室粒子(zi)天体(tǐ)物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能(néng)拥有(yǒu)另(lìng)一(yī)种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进(jìn)化(huà)的(de)一(yī)个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到(dào)进一步的(de)证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的(de)暗物质会不会(huì)意味着人类并(bìng)不(bù)孤单呢(ne)？或许在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的行星上(shàng)，暗(àn)物质(zhì)正在(zài)通过这样的效应(yīng)创(chuàng)造生命(mìng)。当然(rán)，这些推(tuī)论的大前(qián)提是要先找到暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。那么(me)小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得暗物(wù)质到(dào)底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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