宇宙是“人为制(zhì)造”的？为(wèi)何会存在科学无(wú)法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为(wèi)了(le)寻(xún)找暗物质存在的(de)证据(jù)，科学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的(de)长期实验，但(dàn)是却没(méi)有(yǒu)发现(xiàn)任(rèn)何的有(yǒu)效证据(jù)。除(chú)了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中(zhōng)天体运动(dòng)的规(guī)律(lǜ)。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通(tōng)过(guò)引力在摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶(yé)就通过天王星运行轨道的(de)异常，推算并且(qiě)发(fā)现了(le)海王星的(de)存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都(dōu)是应用万有(yǒu)引力定律所取得重大天文成(chéng)就的(de)例子(zi)。但是这(zhè)些发现都是在(zài)恒(héng)星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上升到(dào)星系或者是(shì)星(xīng)团的尺度(dù)，事(shì)情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家(jiā)弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星系团的(de)质(zhì)量(liàng)。这(zhè)是一个(gè)由(yóu)数千个星系所组(zǔ)成的(de)巨大星系团(tuán)，这些星系被引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测量星系团(tuán)的质量一(yī)般会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)，当(dāng)两种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系相对(duì)于星系团的运动速(sù)度。当(dāng)测量结(jié)果出来(lái)之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式所(suǒ)存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速(sù)度的过程中，兹威基(jī)发(fā)现(xiàn)星系团中很多星系的速(sù)度比理(lǐ)论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可见星(xīng)系的质量(liàng)所产生的引力(lì)是无(wú)法(fǎ)将它们束(shù)缚在星系团内的，它们(men)早就应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来(lái)源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物(wù)质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不(bù)可见的(de)暗质，它不(bù)发(fā)散光、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它们却占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部分(fēn)的(de)质量(liàng)。只是当时(shí)的人们(men)对这样的一种说(shuō)法不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次(cì)出现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星(xīng)系(xì)中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中(zhōng)心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是(shì)他们观(guān)测的结(jié)果却让人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随(suí)着(zhe)与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质量来吸引(yǐn)它们(men)，这些(xiē)外围的恒(héng)星早就被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学家们会(huì)使用一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)测量星系当中气(qì)体在X轴上距(jù)离星系中心(xīn)的(de)距离，以及在(zài)Y轴上气体的(de)旋转速度。如果(guǒ)出现异(yì)常的结果(guǒ)，就(jiù)认(rèn)为是(shì)由暗物(wù)质的力量(liàng)进(jìn)入(rù)其中。

于是科学家(jiā)们通过(guò)射电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转速度并不符合牛(niú)顿的(de)力(lì)学定律(lǜ)。我(wǒ)们(men)的(de)太阳系也不(bù)例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于(yú)理论速度，那(nà)么产生以上这种向(xiàng)心加速(sù)度的原因(yīn)很可能就是存(cún)在着一(yī)种我们(men)看不到(dào)的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从(cóng)这时开始，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估(gū)算(suàn)在星(xīng)系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是(shì)唯(wéi)一可以解释(shì)这(zhè)个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现(xiàn)速度(dù)上(shàng)的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了(le)一(yī)个(gè)反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和(hé)银河系(xì)不多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量(liàng)却(què)只有银河系的千分(fēn)之一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该星系必须(xū)存在(zài)暗(àn)物质，否则就会(huì)分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了(le)40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物(wù)质(zhì)和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没(méi)有(yǒu)任(rèn)何星系(xì)存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的假说之外(wài)尽管的关联词后面是什么，尽管的关联词表示什么关系，另一种可(kě)能就(jiù)是人类对引力(lì)的理解(jiě)还不(bù)够(gòu)全面，引力(lì)很(hěn)可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工作(zuò)方(fāng)式是不(bù)同(tóng)的，这(zhè)意味(wèi)着在(zài)行星系尺度(dù)中的天(tiān)体(tǐ)会沿着它们的轨道，按(àn)照我们(men)所(suǒ)理解(jiě)的方式(shì)运动。但是上升(shēng)到星系(xì)和(hé)星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是(shì)不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科(kē)学家还引入(rù)了(le)外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万光年的(de)规模上，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这(zhè)个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也(yě)让很多(duō)人认(rèn)为暗物质假说理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证据，这(zhè)些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没(méi)法解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通(tōng)质量(liàng)都在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以在(zài)理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气体所在的中间区域。那么(me)我们通过什(shén)么(me)来验证它的(de)质量区域(yù)到(dào)底是不是集中在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全彩的(de)高清照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地(dì)看(kàn)到很(hěn)多(duō)星(xīng)系似(shì)乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的(de)形变。其实这些星(xīng)系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这(zhè)样极遥远(yuǎn)的(de)天体和我们地(dì)球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的(de)天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远(yuǎn)星(xīng)系(xì)的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大(dà)质量的黑洞或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人们(men)对子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)观(guān)测的(de)时候，发现它(tā)的大质量区(qū)域并不是在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被观(guān)测到的(de)质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则(zé)直接通过了(le)这个(gè)区域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为(wèi)是暗物质存在(zài)的(de)迄今为(wèi)止最好(hǎo)的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空间背景上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的(de)区域，但实际(jì)上(shàng)它们之间(jiān)的温(wēn)差只(zhǐ)有万分之一。

科学(xué)家们通(tōng)过对前景背景分离(lí)后(hòu)的二值图像进行连通域提取和标(biāo)记(jì)之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗(àn)物(wù)质，图形看起来不应该是(shì)这样(yàng)的，而随(suí)着暗物质(zhì)的(de)增加，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量(liàng)值(zhí)，我们需(xū)要的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比(bǐ)例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解(jiě)释了(le)很多不同的(de)观(guān)测结果。而(ér)暗(àn)物质的本质就是宇宙当(dāng)中存(cún)在着(zhe)某(mǒu)种类型的(de)粒子，它们不参(cān)与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当(dāng)于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在的实际证据。这(zhè)种粒(lì)子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不(bù)同(tóng)的目(mù)标粒子所需要的实验(yàn)方式也不尽管的关联词后面是什么，尽管的关联词表示什么关系(bù)相同(tóng)。在过去的(de)几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规(guī)物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质(zhì)性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上最大的地学(xué)实验室，这个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个(gè)三层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒(lì)子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声(shēng)称观(guān)测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人(rén)们(men)发(fā)现了(le)一个有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周(zhōu)期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围绕(rào)着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着我们也在(zài)以(yǐ)这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳的方向与(yǔ)太(tài)阳(yáng)环绕银(yín)河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太(tài)阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地(dì)球穿越暗物(wù)质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢(màn)值。尽管在实(shí)际的情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银(yín)河(hé)系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认(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(rán)也可能有其(qí)他的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年度周期(qī)信(xìn)号的差异也可能是温度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水分(fēn)、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符合(hé)这个(gè)周期的规律。

所以，科学(xué)家(jiā)们又在(zài)南半球建立了一(yī)个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季(jì)节与之前的实(shí)验室(shì)正好相(xiāng)反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的运(yùn)动特征(zhēng)和第一(yī)个实验室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在(zài)这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成(chéng)为暗物(wù)质(zhì)所存在的非常有力的证(zhèng)据了(le)。但是由于(yú)这个实(shí)验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红(hóng)外(wài)仪(yí)器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理(lǐ)中心(xīn)的科学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬(fēn)研究发现，如果暗(àn)物质存(cún)在，它(tā)们极有可(kě)能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是(shì)生命进化(huà)的一(yī)个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会(huì)不(bù)会意味(wèi)着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物(wù)质正(zhèng)在通(tōng)过这样的效(xiào)应(yīng)创造(zào)生命。当然(rán)，这些推论(lùn)的(de)大前(qián)提(tí)是要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的实际(jì)证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新(xīn)的动力！

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