宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是什么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们(men)在(zài)过去的几十(shí)年当中进行了超过50次(cì)的长期实(shí)验，但(dàn)是却没(méi)有发(fā)现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学数学(xué)原理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定(dìng)律，它(tā)揭示(shì)了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动(dòng)的规律。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当天文(wén)学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出(chū)现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会(huì)知道(dào)，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的天(tiān)体(tǐ)通(tōng)过(guò)引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过天王星运(yùn)行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文成就(jiù)的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒(héng)星系(xì)统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可(kě)当(dāng)我(wǒ)们上升(shēng)到星(xīng)系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正在(zài)研究和测量(liàng)后(hòu)发星系团的质量。这(zhè)是一个(gè)由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会(huì)使用(yòng)到(dào)两种方(fāng)法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的(de)范围(wéi)。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的(de)数据(jù)是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是动(dòng)力学质量的(de)计(jì)算(suàn)，是利用光谱红移(yí)测量星系(xì)团(tuán)中的各个星系相对于星系团的运(yùn)动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发(fā)座星系团有99%的(de)质(zhì)量(liàng)消失了，或者说(shuō)这99%的(de)质量并不以可(kě)见光的(de)形(xíng)式所(suǒ)存(cún)在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在(zài)测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中(zhōng)很多(duō)星系的速度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的(de)运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的(de)质量(liàng)所产生的引(yǐn)力是无(wú)法将它们束缚在星系团内的，它(tā)们早就应该(gāi)被抛(pāo)出星系团(tuán)之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在(zài)起作用，这(zhè)种力量(liàng)来源(yuán)于某种隐形(xíng)的(de)物(wù)质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了这(zhè)样(yàng)部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它们(men)却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部(bù)分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对(duì)这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个(gè)词才再(zài)一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在观测仙女座(zuò)星系中的(de)恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心(xīn)越(yuè)远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道上的运(yùn)行(xíng)速度(dù)就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却(què)让人感到不可(kě)思议。

随(suí)着(zhe)与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当(dāng)中如(rú)果(guǒ)没有足够大的质(zhì)量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家(jiā)们会使用一(yī)种相对标(biāo)准(zhǔn)的方(fāng)法来解(jiě)释暗物质的(de)存在，这种方(fāng)法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速(sù)度。如(rú)果出现异常的结(jié)果，就认(rèn)为是由暗(àn)物质(zhì)的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的(de)太(tài)阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年(nián)，根(gēn)据万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律进行计算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕银河(hé)系(xì)旋转，这个(gè)实际(jì)速度远远大于(yú)理(lǐ)论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速(sù)度的原因(yīn)很可能就是存在(zài)着一种我们看不到的物(wù)质，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引力效应将星系(xì)聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存(cún)在。科学家根据星(xīng)系(xì)外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个(gè)现象的原(yuán)因。在(zài)一项新的(de)研究当(dāng)中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现(xiàn)了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银河系不多，但是(shì)星(xīng)系当中存在的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之(zhī)一(yī)。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学家们cos180°是多少，cos180度等于多少使用(yòng)最先进(jìn)的望远镜对其(qí)进行了(le)40个小时的详(xiáng)细测(cè)量之后，发现星(xīng)系中的(de)恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和力学(xué)定律(lǜ)来(lái)解释的。那(nà)么又有人提出(chū)，也许该(gāi)星系的暗物(wù)质，已经被附近的另(lìng)一(yī)个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存在(zài)。造成这些现象(xiàng)的除了暗(àn)物质(zhì)的(de)假说之(zhī)外，另一种可能就是人类(lèi)对引(yǐn)力的理解还不(bù)够全面，引(yǐn)力很可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的(de)工作方式是不同的，这(zhè)意(yì)味着在行星系尺度中的(de)天体会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互(hù)作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作(zuò)用，科(kē)学家还引入了外部(bù)场效(xiào)应的(de)概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大(dà)的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊(shū)的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些(xiē)发(fā)现也(yě)让很多人认为暗(àn)物(wù)质(zhì)假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物(wù)质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是(shì)蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团(tuán)，它(tā)们(men)大部(bù)分的普通质量都在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时(shí)候，星际气体的相(xiāng)互(hù)作用就(jiù)会导致温度的急(jí)剧升高(gāo)，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹星系团(tuán)大部分的质(zhì)量将(jiāng)位于(yú)所有这些气体(tǐ)所在(zài)的中间(jiān)区域。那么我们通过什(shén)么来(lái)验证(zhèng)它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些(xiē)星系(xì)本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么(me)问题，而是这(zhè)样极遥远的(de)天体(tǐ)和我们地球上的观测(cè)者(zhě)之间。被(bèi)一个质(zhì)量超(chāo)级巨(jù)大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星系的光都发(fā)生(shēng)了(le)扭曲。这个现象就(jiù)是(shì)引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个(gè)巨大的(de)天体可(kě)能是超大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系团观测的(de)时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在(zài)中间，而(ér)是在(zài)两侧(cè)。所以最好的解(jiě)释(shì)方法就(jiù)是当星(xīng)团发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到的(de)质(zhì)量气(qì)体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了(le)这个区域，并在(zài)两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙空间背(bèi)景上留(liú)下了各相(xiāng)同性的微波辐(fú)射。其中红(hóng)色的部(bù)分表示温度(dù)较(jiào)高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区(qū)域，但实际上它(tā)们之间的温差只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物(wù)质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰(fēng)值的幅度(dù)会减小，才(cái)变(biàn)得(dé)看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量值(zhí)，我们(men)需要的暗物质(zhì)大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当(dāng)中恒星运动所需要(yào)的暗物(wù)质比例(lì)是一(yī)致的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的(de)观测结果。而暗(àn)物(wù)质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的(de)电磁作(zuò)用，只通过(guò)引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所以如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子(zi)的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗物质存(cún)在的实(shí)际证据。这种粒子到(dào)底是什么(me)？科学家们已经提出了数(shù)十种的假(jiǎ)想目标，而要寻(xún)找这些不同的目标(biāo)粒子所需要(yào)的实验方式(shì)也(yě)不相同(tóng)。在(zài)过去的(de)几十年当中，人类(lèi)为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与(yǔ)常规(guī)物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实(shí)验，却没(méi)有(yǒu)任(rèn)何实(shí)质性的发现，除了一个地方(fāng)，意(yì)大利(lì)的(de)格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里的(de)科(kē)学家(jiā)声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据(jù)收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情(qíng)。探测率会在(zài)每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类(lèi)发现暗物质的第(dì)一个(gè)直接证据。

但是为什么(me)暗物质会产生周期性(xìng)的年度(dù)信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围绕着银河(hé)系进行移动，那(nà)么(me)如果(guǒ)暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们(men)也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会产生相应的(de)振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的(de)时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的，而(ér)另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时候(hòu)，地(dì)球与(yǔ)太阳的(de)方向正好达(dá)到完全(quán)一(yī)致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了(le)最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河(hé)系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不(bù)影响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来(lái)解释，研究人员们所观(guān)测到的周(zhōu)期性信(xìn)号(hào)。当然(rán)也(yě)可能有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信(xìn)号的差异(yì)也(yě)可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合(hé)这个周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家们又在(zài)南半球建立了一(yī)个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的(de)季节与之前的实(shí)验室正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可(kě)以得到(dào)相同的信号，就可(kě)以成(chéng)为暗物质所存(cún)在(zài)的非常(cháng)有力的(de)证据(jù)了。但(dàn)是由于(yú)这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无法提(tí)供相应的数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈(hā)勃红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其中(zhōng)一个(gè)关键的用途就是探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥秘(mì)，对于(yú)探测的(de)结果，我们(men)只能拭目(mù)以待(dài)了(le)。费米实验室(shì)粒(lì)子(zi)天体物理中心的(de)科学(xué)家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如(rú)果暗物(wù)质存在，它(tā)们极有可(kě)能拥有另一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞生，或(huò)者说是(shì)生命cos180°是多少，cos180度等于多少进化(huà)的一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这一(yī)理论(lùn)得到进一(yī)步的证实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不(bù)会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个(gè)角落(luò)的行星上，暗物(wù)质正(zhèng)在通过(guò)这(zhè)样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先找到暗(àn)物(wù)质存在的实际(jì)证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的(de)支持是(shì)我更新的动(dòng)力！

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