宇宙是“人为制(zhì)造”的(de)？为何(hé)会(huì)存在科(kē)学无(wú)法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是什么？人(rén)类(lèi)为了(le)寻找(zhǎo)暗物(wù)质存(cún)在(zài)的证据，科(kē)学家们在过去的几十年当(dāng)中进行了超过(guò)50次的长期(qī)实验，但是却(què)没有发现任何的有效(xiào)证据(jù)。除了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版的(de)自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了(le)万有引力定(dìng)律，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运动(dòng)的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年(nián)来，当天(tiān)文(wén)学(xué)家们发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不符(fú)合万有引力(lì)定(dìng)律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄(shè)动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王(wáng)星运(yùn)行轨道的(de)异常，推算并且发现了海王星的(de)存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重大天(tiān)文成就的例子(zi)。但是这些发现都是(shì)在恒星系(xì)统的尺度当(dāng)中，可(kě)当我们上升到(dào)星系或者是星团的(de)尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研(yán)究和测量(liàng)后发(fā)星系团的质(zhì)量。这是一个(gè)由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当(dāng)两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的(de)范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的(de)质量(liàng)"，需要的(de)数据是测量各个星(xīng)系(xì)的光度。

第二种是动力(lì)学质(zhì)量的计算，是利(lì)用光谱红移测量(liàng)星(xīng)系团中(zhōng)的各个星(xīng)系相(xiāng)对于星(xīng)系团的运(yùn)动速度。当测(cè)量结果出来(lái)之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发座星系团(tuán)有99%的(de)质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测(cè)量(liàng)速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中很多星系(xì)的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的(de)运动学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可(kě)见(jiàn)星系(xì)的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在(zài)星系团(tuán)内的，它们(men)早就应该被抛出星(xīng)系团之外了(le)，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出(chū)了这样部分不(bù)可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据(jù)着宇宙中绝(jué)大部分的质(zhì)量(liàng)。只是当(dāng)时的人们对这(zhè)样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词(cí)才再一次(cì)出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒(héng)星(xīng)运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的(de)恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他(tā)们观测的结(jié)果(guǒ)却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心(xīn)距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这(zhè)些外(wài)围的恒星早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们会(huì)使用一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测量星系(xì)当(dāng)中气体在(zài)X轴上(shàng)距(jù)离(lí)星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质的力量进入(rù)其(qí)中。

于是(shì)科学家们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系(xì)中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的氢(qīng)元素，发现它(tā)们(men)的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系(xì)的(de)第三悬臂之上，距离银(yín)河(hé)系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运行速(sù)度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太(tài)阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实(shí)际速度远远(yuǎn)大于理论速(sù)度(dù)，那么(me)产生以上这种向心(xīn)加速度的原(yuán)因很(hěn)可能就是(shì)存在着一种我们看(kàn)不到的(de)物质，是这些(xiē)暗(àn)物(wù)质的(de)引(yǐn)力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在(zài)了一起。

也(yě)是从(cóng)这(zhè)时(shí)开(kāi)始，越来越(yuè)多的研究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物(wù)质的存(cún)在。科学家(jiā)根(gēn)据星(xīng)系外恒星轨道的速度(dù)，估算在(zài)星系当中(zhōng)暗物(wù)质的质量占整个星系质量(liàng)的(de)85%。但是(shì)，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一可以解释这个现象(xiàng)的(de)原因。在一项新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎(hū)没有引(yǐn)力效应的遥(yáo)远恒(héng)星之间，也(yě)会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一个反常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是星系当中(zhōng)存在(zài)的恒星数(shù)量却只有(yǒu)银河系的千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理论上(shàng)，该星(xīng)系必(bì)须(xū)存在(zài)暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科(kē)学(xué)家们使用最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其进行了(le)40个小时(shí)的(de)详细测量之(zhī)后，发(fā)现星系(xì)中(zhōng)的(de)恒(héng)星运动(dòng)是可以用正(zhèng)常的物质和(hé)力学(xué)定律(lǜ)来解释的。那么又有人(rén)提(tí)出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的(de)是，它的(de)附近没有(yǒu)任(rèn)何星(xīng)系(xì)存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一种可能就是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空(kōng)间中的(de)工作方式是(shì)不同的，这意味着在行(xíng)星系(xì)尺度中(zhōng)的(de)天体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间的(de)相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之(zhī)间(jiān)的相互作用，科学家(jiā)还(hái)引入了外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百万光年的(de)规模上(shàng)，巨大(dà)的(de)质量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊的(de)效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味着我(wǒ)们需(xū)要(yào)对现在的物(wù)理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很多人认(rèn)为暗物质假说(shuō)理(lǐ)论(lùn)就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在(zài)的其他(tā)的理论证据，这些理论证据(jù)是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在(zài)碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系(xì)团大(dà)部分的(de)质量(liàng)将位(wèi)于所有这(zhè)些(xiē)气(qì)体所在的(de)中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证(zhèng)它的质(zhì)量区(qū)域到(dào)底是不(bù)是(shì)集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大的形变。其实(shí)这些(xiē)星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯(bó)望远镜出(chū)了什么问题，而是(shì)这(zhè)样(yàng)极遥(yáo)远的天体和我(wǒ)们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级(jí)巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的(de)东西的引(yǐn)力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就(jiù)是引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团(tuán)观(guān)测的(de)时候(hòu)，发(fā)现它(tā)的(de)大(dà)质量(liàng)区域并不(bù)是在中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所以最(zuì)好的解释方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观(guān)测(cè)到的(de)质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透(tòu)镜研(yán)究(jiū)也被认(rèn)为是暗(àn)物(wù)质存在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上留下(xià)了(le)各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的(de)部(bù)分(fēn)表(biǎo)示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间(jiān)的温(wēn)差只(zhǐ)有万(wàn)分之一。

科学家们(men)通过对前景背景(jǐng)分(fēn)离后的二值图像进行连通域提取和标记之(zhī)后(hòu)发现，如(rú)果宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背景辐射的(de)测(cè)量值，我们需(xū)要的(de)暗物质(zhì)大约是普通(tōng)物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系(xì)当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观测结(jié)果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他(tā)的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科学(xué)家们(men)已经提出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这些不同(tóng)的目(mù)标粒子所需要的实验方式(shì)也不相(xiāng)同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎不会(huì)与(yǔ)常(cháng)规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科(kē)学家们(men)已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实质(zhì)性的(de)发现，除(chú)了一个地(dì)方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地(dì)下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地(dì)学实验室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻(xún)找暗物质粒子的(de)周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家(jiā)声称观测到了某(mǒu)种信号。经过(guò)了(le)20多年的数据(jù)收集，人们(men)发现了一(yī)个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每年都是(shì)一(yī)样。一些科学家认为这(zhè)可能是人(rén)类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生(shēng)周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了(le)太(tài)阳系(xì)正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕着银河(hé)系进行移(yí)动(dòng)，那么如(rú)果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意味着我们(men)也(yě)在(zài)以这样(yàng)的速度在穿越着暗物(wù)质流(liú)，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的(de)时间(jiān)，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银(yín)河(hé)系的方向是(shì)一致(zhì)的(de)，而(ér)另外(wài)半(bàn)年则与之相反。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球(qiú)与太(tài)阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这是(shì)理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗(àn)物(wù)质流(liú)最快(kuài)的(de)时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好达到了(le)最慢(màn)值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对(duì)银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这并不(bù)影响这个理论(lùn)的(de)有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学家(jiā)认为这(zhè)可以用来解释，研(yán)究人员(yuán)们所(suǒ)观测到的周期(qī)性信号。当然也可(kě)能(néng)有其(qí)他的(de)情况，造成这种年度周(zhōu)期信(xìn)号的差(chà)异(yì)也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家(jiā)们又在南半球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室(shì)，这里(lǐ)的季(jì)节与(yǔ)之前(qián)的实(shí)验室正好相反(fǎn)，而在(zài)这(zhè)里，地球(qiú)穿过(guò)暗(àn)物质(zhì)流的运动特征和第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到(dào)相同的信号(hào)，就可以成为暗物(wù)质所存(cún)在的非常有力的证(zhèng)据(jù)了(le)。但是由(yóu)于(yú)这个实验(yàn)室(shì)刚刚建(jiàn)成(chéng)不(bù)久，所以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射(shè)一台新的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器提供的视野是(shì)哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用(yòng)途就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探测(cè)的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物(wù)理(lǐ)中心(xīn)的(de)科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现，如(rú)果暗物质存在，它(tā)们极有可能(néng)拥有另一种神秘(mì)的(de)效应(yīng)，这种暗(àn)物(wù)质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的(de)诞生，或者说是生命进化的一个重要因(yīn)素(sù)。

如果(guǒ)这一理论得到(dào)进一(yī)步的(de)证实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙当中的(de)暗物质会不会意味着人类并不(bù)孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过这样的效应(yīng)创造生命。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前提是要先(xiān)找到(dào)暗物质存(cún)在(zài)的实际证(zhèng)据(jù)。那么(me)小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们(men)觉(jué)得暗(àn)物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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