宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又(yòu)究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十年(nián)当(dāng)中进行了超过50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任何的有效(xiào)证(zhèng)据(jù)。除(chú)了一个地(dì)方，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们发(fā)现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力(lì)定律的时候(hòu)，他们就会知(zhī)道，周围(wéi)一定有未(wèi)知的天体通过引力(lì)在摄(shè)动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通过(guò)天王(wáng)星运行轨道的(de)异常，推算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万(wàn)有引力定律所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统(tǒng)的(de)尺度当中，可(kě)当(dāng)我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就(jiù)开始变(biàn)得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学(xué)家(jiā)弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在研究和(hé)测量后发星(xīng)系(xì)团的质量。这是一个(gè)由数(shù)千个星系(xì)所组成的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就(jiù)可(kě)以确定其质量(liàng)的(de)范围(wéi)。

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

第二种是动力(lì)学质量(liàng)的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的各(gè)个(gè)星(xīng)系相对于星系(xì)团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的(de)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存(cún)在，我们无(wú)法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发(fā)现(xiàn)星(xīng)系团(tuán)中很多星系的速度比理论上要快(kuài)得(dé)多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星系的质(zhì)量(liàng)所产生的引力(lì)是(shì)无法将它们(men)束缚(fù)在星系(xì)团内的，它们早(zǎo)就应该(gāi)被抛出(chū)星系(xì)团(tuán)之外了，除非(fēi)有一(yī)种神秘的力量(liàng)在起作用(yòng)，这种力量来源(yuán)于某种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹维基提出了(le)这样(yàng)部(bù)分不(bù)可(kě)见的(de)暗质，它不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当(dāng)时的(de)人们对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗物质”这个词(cí)才(cái)再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理论上(shàng)来说，距离(lí)中心越远的恒(héng)星在其轨道上(shàng)的(de)运行速度(dù)就会(huì)越慢。但是他(tā)们观测的结(jié)果(guǒ)却(què)让人感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量(liàng)来吸(xī)引它(tā)们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于这种现象，科(kē)学家们会使用一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质(zhì)的(de)存在，这种方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离(lí)星(xīng)系(xì)中心(xīn)的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如(rú)果出现异常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是由暗物(wù)质(zhì)的(de)力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科学家们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测量(liàng)了距(jù)离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳(yáng)系位于(yú)银河(hé)系(xì)的第三悬臂(bì)之上(shàng)，距(jù)离银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳系的(de)运行(xíng)速度应该是(shì)160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度(dù)远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速(sù)度，那么产生(shēng)以上这种向心(xīn)加速度的原因很可能就是存(cún)在着一(yī)种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从(cóng)这时开始，越(yuè)来越多(duō)的研究(jiū)人员开始相信(xìn)暗物质的存在(zài)。科(kē)学家(jiā)根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质(zhì)量(liàng)占(zhàn)整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是(shì)唯一可以解(jiě)释这个(gè)现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科(kē)学(xué)家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现(xiàn)速度上的(de)微小差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常的星(xīng)系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河(hé)系不(bù)多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河(hé)系的千分(fēn)之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进(jìn)的望远镜对(duì)其进行了40个小时(shí)的详细测量(liàng)之后，发现星系(xì)中(zhōng)的(de)恒星运动(dòng)是可以用正(zhèng)常的物质和力学定(dìng)律来(lái)解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的(de)暗(àn)物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另一(yī)个大星系(xì)剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存(cún)在(zài)。造成这些现象(xiàng)的除了(le)暗物质的假说之外，另(lìng)一(yī)种可能就是人类对引力(lì)的理解还不够(gòu)全面，引力(lì)很可能在不(bù)同(tóng)尺度空间中的工作方(fāng)式(shì)是不同(tóng)的，这意(yì)味(wèi)着在行星(xīng)系(xì)尺度中(zhōng)的天体会沿(yán)着它(tā)们(men)的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到(dào)星(xīng)系和(hé)星团(tuán)的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的(de)相互作用则是不(bù)同的方(fāng)式。对于在星系团(tuán)之(zhī)间的相互作(zuò)用(yòng)，科学家还引入(rù)了外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模(mó)上(shàng)，巨大的质量之间会(huì)产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这意味(wèi)着我们需要对现在的物理定律进(jìn)行修(xiū)正，这(zhè)些发现也让很多人认(rèn)为暗(àn)物质(zhì)假说理(lǐ)论就(jiù)此终结(jié)。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存(cún)在的(de)其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组(zǔ)成，类似(shì)这样(yàng)的(de)星团，它们(men)大(dà)部分(fēn)的普通质量都(dōu)在星系的气体当(dāng)中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际(jì)气体的相互作用就会导致(zhì)温度的急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的(de)质量将(jiāng)位于所有(yǒu)这(zhè)些气体(tǐ)所(suǒ)在的中(zhōng)间(jiān)区域。那么(me)我们通过什么来验(yàn)证它的质(zhì)量区域到底是不是集(jí)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中第一张全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在(zài)照片中(zhōng)我们可以明显地(dì)看(kàn)到很多星系似(shì)乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨(jù)大(dà)的形变。其实这些(xiē)星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而(ér)是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大的(de)天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的东西(xī)的引(yǐn)力(lì)，会使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系(xì)的光都(dōu)发生了(le)扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大的天体(tǐ)可能(néng)是超(chāo)大质(zhì)量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质。

所以当(dāng)人们(men)对(duì)子(zi)弹星系团观测的时(shí)候，发现它的(de)大质量区域并不(bù)是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星团(tuán)发(fā)生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气(qì)体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗(àn)物质则直(zhí)接通(tōng)过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了(le)引力透(tòu)镜。对子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团的(de)引力透镜研究也被认(rèn)为(wèi)是(shì)暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通(tōng)无(wú)阻地穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同(tóng)性的微(wēi)波辐射。其中红色的部(bù)分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对(duì)较(jiào)冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它们之间(jiān)的温差只有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家们通过对前景(jǐng)背景分离后(hòu)的二值图像进行连(lián)通(tōng)域提取和(hé)标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一(yī)些峰(fēng)值的(de)幅(fú)度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射(shè)的测(cè)量值，我们需要的(de)暗(àn)物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字(zì)与解释(shì)星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论(lùn)框架，就很(hěn)好地解释了(le)很多不同的(de)观测结果(guǒ)。而(ér)暗物质(zhì)的(de)本(běn)质就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在(zài)着某种类型的(de)粒子，它(tā)们不参与任何其(qí)他的电磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来(lái)相互作用。所以如果能够找到(dào)这(zhè)种粒子的存在(zài)，就相当于(yú)找(zhǎo)到了(le)暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子到底是(shì)什么(me)？科(kē)学家们已(yǐ)经(jīng)提(tí)出(chū)了数十种的假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻找这些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过(guò)去的几十年(nián)当(dāng)中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却(què)没有任何(hé)实(shí)质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的(de)地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实验室(shì)，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗(àn)物(wù)质粒子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号(hào)。经过了20多年的(de)数据(jù)收集(jí)，人们(men)发现了一个有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然(rán)后在11月降到最(zuì)低(dī)，而且(qiě)在20年(nián)当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是(shì)人类发现暗物(wù)质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒的速(sù)度围绕(rào)着银河(hé)系进行移(yí)动，那(nà)么如(rú)果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也(yě)在(zài)以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过(guò)程中会产生相应的(de)振荡，同时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以(yǐ)有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银(yín)河系的方向是(shì)一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达(dá)到了最(zuì)慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科(kē)学家认为这可以用来解释(shì)，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利(lì)游客(kè)的数量也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球(qiú)建立(lì)了一个几乎相(xiāng)同的实(shí)验(yàn)室，这里(lǐ)的季节与之前(qián)的实验(yàn)室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的(de)运(yùn)动特征和(hé)第一个实(shí)验室是一(yī)样的(de)。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为(wèi)暗物质所存(cún)在的(de)非常有(yǒu)力的证据了(le)。但是由于(yú)这个(gè)实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还(hái)无法提a的负一次方是多少矩阵，a的负一次方是多少线性代数供相应的数据(jù)支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是(shì)哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键的(de)用途就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能(néng)拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中心的科(kē)学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化的一个重要(yào)因素(sù)。

如果这一理论得到(dào)进(jìn)一步(bù)的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗(àn)物质正在通过这样(yàng)的效(xiào)应创造生(shēng)命。当然(rán)，这些推(tuī)论(lùn)的(de)大前提(tí)是(shì)要先找到暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不(bù)存(cún)在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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