宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会(huì)存在(zài)科学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什(shén)么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在(zài)的证(zhèng)据(jù)，科学家们在过去的几十(shí)年当中进行了(le)超过50次(cì)的(de)长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数(shù)学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常，不(bù)符合万(wàn)有引(yǐn)力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知的(de)天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星运行轨道的(de)异(yì)常，推(tuī)算并且(qiě)发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥(míng)王星(xīng)的发现(xiàn)都是应用万有引力定(dìng)律(lǜ)所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发现(xiàn)都是在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到(dào)星系(xì)或者(zhě)是星团的(de)尺(chǐ)度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在研究和(hé)测量(liàng)后发(fā)星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个(gè)星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系(xì)团(tuán)，这些星系被(bèi)引(yǐn)力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二(èr)种是(shì)动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红(hóng)移测(cè)量星系团中的各个星(xīng)系(xì)相对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结(jié)果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学(xué)质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是(shì)，在(zài)测量速度的过程(chéng)中，兹威基(jī)发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的(de)质量(liàng)所(suǒ)产(chǎn)生的引力是(shì)无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出(chū)星(xīng)系团之外(wài)了，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的力量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但是它们(men)却(què)占据(jù)着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是(shì)当时的人们对(duì)这样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星(xīng)在其轨(guǐ)道上的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当中(zhōng)如果没(méi)有足够大的(de)质量来吸(xī)引它们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们(men)会使用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物(wù)质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系(xì)当中(zhōng)气(qì)体在X轴上(shàng)距离(lí)星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现(xiàn)异(yì)常的(de)结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其(qí)中。

于是(shì)科学(xué)家(jiā)们(men)通(tōng)过射电(diàn)望远镜测量(liàng)了距(jù)离星系中心(xīn)更远距离(lí)的氢元素，发(fā)现它们(men)的(de)旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太(tài)阳系(xì)也不例外(wài)，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银(yín)河(hé)系中心2.6万光年(nián)，根据万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒(miǎo)的(de)速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度(dù)，那么(me)产(chǎn)生以上这种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看(kàn)不到的物(wù)质，是这(zhè)些(xiē)暗(àn)物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研(yán)究人员开(kāi)始相信暗物质(zhì)的(de)存(cún)在。科学家(jiā)根据(jù)星(xīng)系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在(zài)星(xīng)系当中暗物质的质(zhì)量(liàng)占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一(yī)可以(yǐ)解(jiě)释这个现象(xiàng)的原因。在(zài)一项新(xīn)的(de)研究当中(zhōng)，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速(sù)度上的微小差异。另(lìng)外，天文学(xué)家还发现了一个(gè)反(fǎn)常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多(duō)，但是星系(xì)当(dāng)中存在的恒(héng)星数量(liàng)却只有银河系的(de)千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家们使用最先进(jìn)的(de)望远镜对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的详细测(cè)量之(zhī)后，发(fā)现星(xīng)系(xì)中的恒星运动是可(kě)以用(yòng)正常的物质(zhì)和力学定律来(lái)解(jiě)释的(de)。那(nà)么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另一(yī)个大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成这(zhè)些(xiē)现象(xiàng)的除了暗(àn)物质的假说之外，另一种可能就是人(rén)类(lèi)对引(yǐn)力(lì)的理解还(hái)不够(gòu)全面，引力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同的，这意味着在(zài)行星(xīng)系尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿着它们(men)的轨(guǐ)道，按照我们所理(lǐ)解的(de)方(fāng)式运动。但是上(shàng)升(shēng)到星系和(hé)星团的尺度，引力(lì)之(zhī)间(jiān)的(de)相互作用则是(shì)不同的方(fāng)式(shì)。对于在星系团之间的相互作用，科学(xué)家还(hái)引入了外部场效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是(shì)在(zài)数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这(zhè)意味着我们(men)需要对现在的物理定(dìng)律进(jìn)行修正，这些发(fā)现也让(ràng)很多人认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系团，由两个碰撞的(de)星(xīng)系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们(men)大(dà)部(bù)分的普通质(zhì)量都在星系的气体当(dāng)中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的(de)时(shí)候，星际气(qì)体的相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质(zhì)量将位(wèi)于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是(shì)不(bù)是集中在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太(tài)空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第(dì)一(yī)张(zhāng)全彩的高清照片(piàn)，在照(zhào)片中我们可(kě)以明显地看(kàn)到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了(le)巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并(bìng)不是真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问(wèn)题(tí)，而是这(zhè)样极遥远的(de)天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被一个质(zhì)量超级马云移民到哪国籍巨大的天体遮挡，这个(gè)超大(dà)质量的(de)东西的引力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远星系的光(guāng)都发生了(le)扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这个巨大的(de)天体可能(néng)是超大(dà)质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发(fā)现它的大(dà)质量区域并不(bù)是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发(fā)生(shēng)全部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的(de)质量气体被卡在(zài)了(le)中间，暗物(wù)质马云移民到哪国籍则直(zhí)接通(tōng)过(guò)了(le)这(zhè)个区域，并在(zài)两边形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认(rèn)为是暗物质存在的(de)迄今为止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终于(yú)可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地(dì)穿越在(zài)宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的(de)部分(fēn)表示温(wēn)度较高的区域，蓝(lán)色(sè)则表(biǎo)示相对(duì)较冷的(de)区域，但实际上它们之间的温差(chà)只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离后的二值(zhí)图像进(jìn)行连(lián)通域(yù)提取和标(biāo)记之后发(fā)现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起来(lái)不(bù)应该(gāi)是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们(men)需要(yào)的(de)暗(àn)物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒星运动所需要的(de)暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很(hěn)好地解释了很多不同(tóng)的观测结(jié)果(guǒ)。而暗(àn)物质(zhì)的本质就是(shì)宇宙当中存在(z马云移民到哪国籍ài)着(zhe)某种类型(xíng)的粒子，它们不(bù)参与任何(hé)其他(tā)的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相互作用。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存(cún)在(zài)，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已经提出了数十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也(yě)不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻(xún)找这些看不(bù)见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物(wù)质相互作(zuò)用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行(xíng)了(le)超过50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格(gé)兰(lán)萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地球上最大(dà)的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子(zi)的周(zhōu)期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的科学家声(shēng)称(chēng)观(guān)测到(dào)了(le)某种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会在每年的(de)6月份达到峰(fēng)值，然(rán)后在11月(yuè)降到(dào)最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家认为这可能(néng)是人类发现暗物(wù)质的第一个直接证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗物质会(huì)产(chǎn)生周期性的(de)年(nián)度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们(men)讲了(le)太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进(jìn)行(xíng)移动，那(nà)么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着我们也(yě)在以这(zhè)样的速(sù)度在穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过程中会产生相应的(de)振(zhèn)荡(dàng)，同时地(dì)球(qiú)又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的(de)方向是一致的(de)，而另外半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好(hǎo)达到(dào)完全一致，这是理论上(shàng)地(dì)球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在(zài)11月(yuè)份，又(yòu)恰(qià)好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的(de)情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的(de)有效性(xìng)。

因此(cǐ)科(kē)学(xué)家认为这可以用来(lái)解释，研究人(rén)员们所观测到的周期(qī)性信号(hào)。当然也(yě)可(kě)能有其他的情况，造成这种年度(dù)周期信号的差(chà)异也(yě)可(kě)能是温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山(shān)上的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客的(de)数量(liàng)也符(fú)合这个周期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又在(zài)南半(bàn)球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里(lǐ)的季(jì)节与之前的实验(yàn)室正好(hǎo)相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一(yī)个(gè)实(shí)验室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里可以得(dé)到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质所存在的(de)非常(cháng)有力的证据(jù)了。但是(shì)由于这个实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截(jié)至目前(qián)还(hái)无(wú)法提供相(xiāng)应(yīng)的数据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新(xīn)的(de)望(wàng)远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探测的结(jié)果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验(yàn)室粒子(zi)天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家丹琥珀(pò)和(hé)贾(jiǎ)森斯(sī)特(tè)芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥有另(lìng)一种神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗(àn)物质(zhì)效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者(zhě)说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果这一(yī)理论得(dé)到(dào)进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会(huì)意味着人类并(bìng)不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的(de)大前提(tí)是要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们(men)，你们(men)觉得暗(àn)物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新(xīn)的动力(lì)！

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