宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的(de)证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年当中进行了超过(guò)50次的(de)长(zhǎng)期(qī)实(shí)验，但是却没有发(fā)现任(rèn)何的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一(yī)书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发(fā)表了万有引力(lì)定(dìng)律，它揭示了(le)宇宙中天体(tǐ)运动的规(guī)律(lǜ)。往后的几百年来，当(dāng)天文学(xué)家们发现某(mǒu)些天体运行轨道(dào)出现异常，不符(fú)合万有(yǒu)引力定律的(de)时候，他们就会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的天体通过(guò)引力在摄动(dòng)它的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星(xīng)的发现(xiàn)都(dōu)是应用万有引力(lì)定律所取得重大天文成就的例子(zi)。但是这些(xiē)发现都(dōu)是在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度当(dāng)中(zhōng)，可(kě)当我们上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发(fā)星系团的质量。这是一个由数千(qiān)个(gè)星系(xì)所组(zǔ)成的(de)巨大(dà)星系团，这些(xiē)星系被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质(zhì)量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度(dù)学(xué)的质量"，需要的数据是(shì)测量(liàng)各个星(xīng)系的光度。

第二种是动(dòng)力(lì)学质量的(de)计算，是(shì)利(lì)用光谱红移测量(liàng)星系团中的各个星系(xì)相对于星系团的(de)运动速度。当测量(liàng)结果出来(lái)之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意(yì)味着，后发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光(guāng)的形式所存在(zài)，我们无法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在(zài)测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系(xì)的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的引力(lì)是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基(jī)提出(chū)了这样部分不可(kě)见(jiàn)的(de)暗质，它不(bù)发散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的质量。只是当时(shí)的人(rén)们对这(zhè)样(yàng)的(de)一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词(cí)才再(zài)一(yī)次出现。天文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特(tè)福特在(zài)观测仙女座星(xīng)系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论(lùn)上来说，距(jù)离(lí)中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们(men)观测的(de)结果却(què)让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿(dùn)的(de)万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)，在(zài)星系(xì)当(dāng)中如果没(méi)有足(zú)够大(dà)的质量来吸(xī)引它们，这些外(wài)围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上(shàng)距(jù)离星系中(zhōng)心(xīn)的(de)距离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科(kē)学(xué)家们通(tōng)过(guò)射电望远镜测(cè)量了距离星系(xì)中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的氢元素(sù)，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的(de)力学定(dìng)律。我们的太(tài)阳系(xì)也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于(yú)银(yín)河系的(de)第三悬臂之(zhī)上，距离银河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有(yǒu)引力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于(yú)理论(lùn)速(sù)度(dù)，那么(me)产生以上(shàng)这种向(xiàng)心加速(sù)度的原(yuán)因很可能就(jiù)是存在着一(yī)种(zhǒng)我们看不(bù)到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物质的(de)引力(lì)效应将星系聚集在了(le)一(yī)起。

也是(shì)从这时(shí)开始，越来越多的研究人员开始相信(xìn)暗物质的(de)存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的(de)速(sù)度，估算在星系当中暗(àn)物(wù)质的质(zhì)量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可(kě)以解(jiě)释(shì)这个现象的原因(yīn)。在(zài)一项新(xīn)的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也(yě)会出现速(sù)度上(shàng)的微小差异。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不(bù)多，但(dàn)是星系当中存在的恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河(hé)系的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论上，该星系(xì)必须存在暗(àn)物(wù)质，否则就会(huì)分崩离析。但是科(kē)学家(jiā)们使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个小时(sh偶尔带妆睡一晚没事吧，一次带妆睡一晚没事吧í)的(de)详细测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是(shì)可以用正常的物(wù)质和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人提(tí)出(chū)，也许该星(xīng)系(xì)的暗物(wù)质，已(yǐ)经被(bèi)附近的(de)另一个大(dà)星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一(yī)种可能就是人类对引力的(de)理(lǐ)解还不够全面，引力(lì)很可能(néng)在不同(tóng)尺度空(kōng)间中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着(zhe)在(zài)行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的(de)轨道(dào)，按照我们所理解的方式(shì)运动。但是上升到星系和星(xīng)团的(de)尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的(de)方式。对于在(zài)星系团(tuán)之间的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用，科学(xué)家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指的(de)是在数百万(wàn)光年(nián)的规模(mó)上，巨大的质量之间会(huì)产生对(duì)彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立(lì)，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也(yě)让(ràng)很多人认为(wèi)暗(àn)物质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存(cún)在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解释(shì)的(de)“引力透镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光年的子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的(de)星(xīng)系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气(qì)体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际(jì)气体的相互(hù)作用就(jiù)会导致(zhì)温(wēn)度(dù)的(de)急剧升高，速度(dù)大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹(dàn)星系(xì)团大部分的质(zhì)量(liàng)将位于所有这些气(qì)体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通(tōng)过什么来验(yàn)证它的质量区(qū)域(yù)到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传回了(le)宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明(míng)显地(dì)看到(dào)很(hěn)多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并不(bù)是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题(tí)，而是这样(yàng)极遥(yáo)远的天体(tǐ)和我们地球上(shàng)的观测(cè)者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系(xì)的光(guāng)都发(fā)生了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这(zhè)个(gè)巨(jù)大(dà)的天体(tǐ)可能是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大质量区域并不是(shì)在偶尔带妆睡一晚没事吧，一次带妆睡一晚没事吧中间，而是(shì)在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全(quán)部的(de)碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物(wù)质则直接(jiē)通过了(le)这个区(qū)域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力(lì)透镜研(yán)究也被认为(wèi)是暗物(wù)质存在的迄(qì)今为止最(zuì)好的理论(lùn)证据(jù)。

除(chú)此之(zhī)外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同性的微波辐(fú)射。其(qí)中(zhōng)红色的部分表示温度较(jiào)高的(de)区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示(shì)相对(duì)较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万分(fēn)之(zhī)一(yī)。

科学家们(men)通过对前景背景分离后的(de)二(èr)值图像(xiàng)进行连通(tōng)域提取和标(biāo)记之后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不(bù)应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增(zēng)加，一些峰(fēng)值的(de)幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐(fú)射(shè)的测(cè)量(liàng)值(zhí)，我们需(xū)要的暗物质(zhì)大(dà)约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的(de)暗(àn)物质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一(yī)个(gè)简单(dān)的理论(lùn)框架，就很好地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与任(rèn)何其他的电磁作(zuò)用(yòng)，只通过(guò)引力来相互作用。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子(zi)到(dào)底是什么(me)？科(kē)学家们已(yǐ)经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也(yě)不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物(wù)质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性(xìng)的发现，除了一(yī)个地方，意大(dà)利(lì)的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学(xué)实(shí)验室(shì)，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的(de)探测(cè)器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经(jīng)过了20多年的数(shù)据收集(jí)，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探(tàn)测率会(huì)在每年的(de)6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一些科学(xué)家认为这(zhè)可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速度围绕着银(yín)河(hé)系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我们(men)也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会(huì)产生(shēng)相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以有半年的(de)时(shí)间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕(rào)银河系的方向是一致的(de)，而另外半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向(xiàng)正好达(dá)到完全一(yī)致(zhì)，这是(shì)理论上地(dì)球穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快的(de)时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在(zài)实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的(de)有效性(xìng)。

因此科学家认为这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人员(yuán)们(men)所(suǒ)观测到的(de)周(zhōu)期性信号。当然也(yě)可(kě)能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年(nián)度周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客的(de)数量也符合(hé)这个周期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学(xué)家们又在南半(bàn)球建(jiàn)立了一个几乎相同的实(shí)验(yàn)室，这(zhè)里的(de)季节(jié)与之前(qián)的实(shí)验(yàn)室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的(de)运动特征和第(dì)一个(gè)实(shí)验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可(kě)以得(dé)到相同的(de)信号，就可以成为暗物(wù)质(zhì)所存在的非(fēi)常有力的证据(jù)了。但是由(yóu)于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截(jié)至目前(qián)还无法(fǎ)提供(gōng)相应(yīng)的数据支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这台(tái)太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用途就是(shì)探索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥秘(mì)，对于(yú)探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费米实(shí)验室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研(yán)究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一(yī)种神秘的(de)效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的(de)诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如果这一理论得(dé)到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗(àn)物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在(zài)通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存(cún)在的实(shí)际证据。那么(me)小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的(de)支持是我更新的动(dòng)力！

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