宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学(xué)无法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质(zhì)又(yòu)究竟是(shì)什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存(cún)在的(de)证据，科学家(jiā)们在过去的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现(xiàn)任何的(de)有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版(bǎn)的(de)自然哲学数学原(yuán)理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体运动的(de)规律。往后的几百年来(lái)，当天文(wén)学家们发现某些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现异(yì)常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通过(guò)天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是应(yīng)用万有引力定律所取(qǔ)得(dé)重(zhòng)大(dà)天文成(chéng)就的(de)例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当我们(men)上升到星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开(kāi)始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研究和测量后发(fā)星系团(tuán)的质(zhì)量。这是一个由数(shù)千个(gè)星系所组成(chéng)的巨大(dà)星系(xì)团，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚在(zài)一起。测量(liàng)星(xīng)系团的(de)质量一般会使用(yòng)到两种方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就(jiù)可(kě)以确定其质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学(xué)质量的计算，是利(lì)用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系(xì)相(xiāng)对于星系团的(de)运动速度(dù)。当测量(liàng)结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然是(shì)“光(guāng)度学质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可(kě)见光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测量速度的过(guò)程中，兹威基发现星系(xì)团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见星系(xì)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(gāi)被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在(zài)起(qǐ)作用，这(zhè)种力量(liàng)来源(yuán)于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不(bù)可见的(de)暗质，它不发(fā)散(sàn)光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的人们对这(zhè)样的(de)一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测(cè)仙(xiān)女座(zuò)星系中(zhōng)的(de)恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒(héng)星(xīng)在其轨(guǐ)道上的运行(xíng)速度就(jiù)会(huì)越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人感到(dào)不可(kě)思议。

随着(zhe)与中心距离的(de)增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持(chí)不变(biàn)。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当中如(rú)果没有足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标(biāo)准的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就(jiù)是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是由暗物质(zhì)的(de)力量(liàng)进(jìn)入其中。

于是(shì)科学家(jiā)们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系(xì)位于银河(hé)系的第三悬臂之(zhī)上，距离(lí)银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速(sù)度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远(yuǎn)远大于理论速度，那么(me)产生以上这种向心加(jiā)速度(dù)的原因很可能(néng)就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我们看(kàn)不(bù)到的物(wù)质(zhì)，是(shì)这些暗物质的引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚(jù)集在(zài)了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研究(jiū)人员开(kāi)始相(xiāng)信暗物(wù)质的(de)存在。科学家(jiā)根据星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速(sù)度，估算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物质(zhì)的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可(kě)以解释(shì)这个(gè)现象的(de)原因。在一项新的研(yán)究当中，科(kē)学家们(men)发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的(de)微小差(chà)异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的(de)恒星数(shù)量却只有(yǒu)银河系的(de)千(qiān)分之一(yī)。

所(suǒ)以在(zài)理论(lùn)上(shàng)，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使(shǐ)用最(zuì)先(xiān)进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细(xì)测(cè)量之后，发(fā)现星系中的(de)恒星运动是可以用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的(de)另一个大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是(shì)，它的附(fù)近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之(zhī)外(wài)，另一种可(kě)能就是人类对引力的理解还(hái)不够全面，引力很可能在不(bù)同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不(bù)同的，这(zhè)意(yì)味着在行星系尺度中的(de)天(tiān)体会沿着它(tā)们(men)的轨道，按照我(wǒ)们(men)所理(lǐ)解(jiě)的方式运动(dòng)。但是(shì)上升(shēng)到星系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互作用(yòng)则(zé)是不同(tóng)的方式。对于在星系团之间(jiān)的相互(hù)作用(yòng)，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效(xiào)果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着(zhe)我(wǒ)们需(xū)要(yào)对现在的(de)物理定律进(jìn)行(xíng)修正，这(zhè)些(xiē)发现也让很多人(rén)认为(wèi)暗物(wù)质假说理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关(guān)于暗物(wù)质存在(zài)的(de)其他的理论证据，这(zhè)些理论(lùn)证(zhèng)据(jù)是(shì)蒙德理论所(suǒ)没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年(nián)的子弹星(xīng)系(xì)团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似(shì)这样(yàng)的(de)星团(tuán)，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系(xì)的气体当(dāng)中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰撞的(de)时候，星际气(qì)体(tǐ)的相互(hù)作用就(jiù)会导致温度的(de)急(jí)剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所(suǒ)在的中间区(qū)域(yù)。那么我们通过(guò)什么来验证它的质量(liàng)区域到(dào)底(dǐ)是不(bù)是集(jí)中在中(zhōng)间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯(bó)太空望远(yuǎn)镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一(yī)张(zhāng)全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地(dì)看到(dào)很多星(xīng)系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的(de)形(xíng)变(biàn)。其实这些(xiē)星系(xì)本身(shēn)并不是真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而(ér)是(shì)这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的(de)观测者之(zhī)间(jiān)。被一个质(zhì)量超级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星(xīng)系的光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现象就(jiù)是引力(lì)透镜效(xiào)应。这个(gè)巨(jù)大的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子(zi)弹星(xīng)系团观测的时(shí)候(hòu)，发(fā)现它的大(dà)质(zhì)量区(qū)域(yù)并不(bù)是在中间(jiān)，而是(shì)在两侧(cè)。所以最好的解释方法就是当星团发生(shēng)全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测(cè)到(dào)的质量气体被卡在(zài)了(le)中间，暗物质则直接通过了(le)这(zhè)个区域，并在两边形成了(le)引力透镜(jìng)。对子弹(dàn)星(xīng)系团的引力透(tòu)镜研究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除(chú)此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景(jǐng)分离后(hòu)的二值图像进行连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图(tú)形(xíng)看起(qǐ)来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗(àn)物质(zhì)比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多(duō)不同(tóng)的观(guān)测结果。而(ér)暗(àn)物质的(de)本质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)存在(zài)着某种类型的粒(lì)子，它(tā)们不参与(yǔ)任何(hé)其他的(de)电(diàn)磁作用，只通过引力来(lái)相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找到这(zhè)种粒(lì)子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。这(zhè)种粒(lì)子到底是什么？科(kē)学家们已(yǐ)经提(tí)出了数十种的假想目(mù)标(biāo)，而要寻找这些不同(tóng)的目标(biāo)粒子所需要的实验方式也(yě)不相同。在过去的(de)几十年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任抓一只啄木鸟犯法吗，杀死一只啄木鸟判几年何(hé)实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利(lì)的格(gé)兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上(shàng)最大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期(qī)性(xìng)震抓一只啄木鸟犯法吗，杀死一只啄木鸟判几年荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的(de)数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值(zhí)，然(rán)后(hòu)在11月降到最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学家(jiā)认为(wèi)这可能(néng)是人类(lèi)发现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是为什(shén)么暗物(wù)质会产生周期性(xìng)的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行(xíng)移(yí)动，那么如果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗(àn)物(wù)质(zhì)流，这个(gè)过程中会(huì)产(chǎn)生(shēng)相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年(nián)的(de)时(shí)间，地球(qiú)围(wéi)绕太(tài)阳的方向与太阳环(huán)绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是(shì)理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银(yín)河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不(bù)影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效(xiào)性(xìng)。

因(yīn)此(cǐ)科学(xué)家(jiā)认(rèn)为这可以用来解释(shì)，研(yán)究(jiū)人员们所观(guān)测到的周期(qī)性信号。当然(rán)也可(kě)能有其他的情况，造成这种年(nián)度周期信号的差异也(yě)可(kě)能是(shì)温度(dù)、湿(shī)度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又在(zài)南半球建立了一个几乎(hū)相同的实验室，这(zhè)里的(de)季(jì)节与之前的实验室(shì)正好相反，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿(chuān)过暗物(wù)质流的(de)运动特征和(hé)第一个实(shí)验室是一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里可以得到(dào)相同的信号(hào)，就可(kě)以成为暗物质所存在(zài)的非常有力的证据(jù)了。但是(shì)由(yóu)于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前(qián)还无法(fǎ)提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台新(xīn)的望(wàng)远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的(de)宽(kuān)视场(chǎng)仪(yí)器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空望远镜(jìng)其中一(yī)个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待了(le)。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能(néng)拥有另一种神秘的(de)效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或(huò)者(zhě)说是(shì)生命进化的(de)一(yī)个重要(yào)因素。

如果这一理论得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意(yì)味着人类并不(bù)孤单呢？或(huò)许(xǔ)在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这(zhè)样的效应创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这些(xiē)推论的(de)大前提是要(yào)先找到暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据(jù)。那么小伙伴(bàn)们(men)，你们觉(jué)得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持(chí)是(shì)我更新的动力！

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