宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会(huì)存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什么(me)？人类为(wèi)了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们(men)在(zài)过去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长期(qī)实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学(xué)数(shù)学(xué)原理一书中，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有引(yǐn)力(lì)定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的规律。往(wǎng)后的(de)几百(bǎi)年来(lái)，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会(huì)知道，周围一(yī)定有(yǒu)未知的天体通过引力(lì)在摄(shè)动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星(xīng)运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海王星(xīng)的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万(wàn)有引力定律所取得重大天文成(chéng)就的例子(zi)。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星(xīng)系(xì)或者是星团的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究和测量后发星系团的质量。这是(shì)一个由数千(qiān)个星系所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系团的质量一般(bān)会使用(yòng)到两种方法，当两种方法结(jié)果(guǒ)一(yī)致(zhì)，就可(kě)以(yǐ)确定其质(zhì)量(liàng)的范(fàn)围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的光(guāng)度(dù)。

第二(èr)种是(shì)动力学质(zhì)量(liàng)的计算(suàn)，是利用光谱红移(yí)测量星(xīng)系团中的各(gè)个星系相(xiāng)对于星系(xì)团(tuán)的运动(dòng)速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者(zhě)说这99%的质量并不以(yǐ)可见光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度(dù)的(de)过程(chéng)中，兹威(wēi)基发现星系团中(zhōng)很多(duō)星系的速度比理论上要快得(dé)多(duō)，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生的(de)引力是无(wú)法将(jiāng)它们(men)束缚在星系团内(nèi)的，它们早就(jiù)应该(gāi)被抛出星系团之(zhī)外了，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的(de)力量在起作用，这(zhè)种力量来源(yuán)于(yú)某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光，但(dàn)是它们(men)却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人们对(duì)这样(yàng)的一种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文(wén)学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观(guān)测仙女(nǚ)座星系中的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中心越(yuè)远的(de)恒星在其轨道上的(de)运行速度就(jiù)会越慢(màn)。但是(shì)他们观测的(de)结果却让(ràng)人感到(dào)不可思(sī)议。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的增加，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力(lì)定律，在(zài)星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大(dà)的质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的(de)恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用一种相对(duì)标准的(de)方法(fǎ)来解释(shì)暗物质的(de)存在，这种方(fāng)法就(jiù)是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距(jù)离星系中心的(de)距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体(tǐ)的旋转速度。如果出现异(yì)常(cháng)的结果，就(jiù)认为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜测量了距离星系中心更(gèng)远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们(men)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)并不符合(hé)牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于(yú)银河系的(de)第(dì)三悬臂之上，距离(lí)银(yín)河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有(yǒu)引力定律进行计(jì)算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度(dù)应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个(gè)实(shí)际速度(dù)远远大于理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度(dù)的原因很(hěn)可能就是(shì)存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的(de)引力效应(yīng)将(jiāng)星系(xì)聚集在了一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在(zài)。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质(zhì)的质(zhì)量占整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯(wéi)一可以(yǐ)解释这(zhè)个现象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎(hū)没(méi)有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了(le)一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中(zhōng)存在(zài)的恒(héng)星数量却(què)只有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论(lùn)上，该星(xīng)系(xì)必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个(gè)小时的详细测量之后，发(fā)现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运动是(shì)可以用正常的物质(zhì)和力(lì)学定(dìng)律来(lái)解释的。那么又有人(rén)提(tí)出，也(yě)许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它(tā)的(de)附(fù)近没有(yǒu)任何星系存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的(de)假说(shuō)之外，另一(yī)种可能就(jiù)是人类对引力(lì)的理解(jiě)还不够全(quán)面，引(yǐn)力很可能(néng)在(zài)不同尺度空(kōng)间中的工作(zuò)方式是不(bù)同(tóng)的，这意味着在行星系尺度(dù)中(zhōng)的(de)天体会沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按(àn)照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式(shì)运动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力(lì)之间(jiān)的相互作(zuò)用则是不同的方式。对(duì)于(yú)在星系(xì)团之间的相(xiāng)互作用，科学家还(hái)引入了外(wài)部场(chǎng)效(xiào)应的概念，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光年(nián)的规模上(shàng)，巨(jù)大的质(zhì)量(liàng)之(zhī)间会产生对(duì)彼此特殊(shū)的(de)效果，这个(gè)理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)修正(zhèng)，这些发现也让很(hěn)多人认为暗(àn)物质假说(shuō)理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这(zhè)些理论证(zhèng)据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样的(de)星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在(zài)星(xīng)系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气(qì)体的相互(hù)作(zuò)用就会(huì)导(dǎo)致温(wēn)度(dù)的(de)急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团(tuán)大部(bù)分的质(zhì)量将位于所有这(zhè)些(xiē)气体所在的中(zhōng)间(jiān)区域(yù)。那么我们通过什(shén)么来验证它的(de)质量区域到底是(shì)不(bù)是集中在中间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地(dì)看到很(hěn)多星系似乎(hū)被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星(xīng)系(xì)本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的(de)天体和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是(shì)引力(lì)透镜效应。这个巨大的(de)天(tiān)体(tǐ)可(kě)能(néng)是(shì)超大(dà)质(zhì)量的黑洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域(yù)并(bìng)不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则(zé)直(zhí)接通(tōng)过了(le)这个(gè)区(qū)域(yù)，并在两边形成了(le)引力(lì)透镜。对子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认为是(shì)暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的(de)理论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空(kōng)间(jiān)背景上留下(xià)了各相同(tóng)性的微(wēi)波辐(fú)射。其中红色的(de)部分表示(shì)温度较高的区(qū)域(yù)，蓝色则(zé)表示相对较冷的区(qū)域，但实际(jì)上它们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科(kē)学(xué)家(jiā)们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通(tōng)域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗(àn)物质(zhì)，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅(fú)度会减小，才变得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射(shè)的测量值，我们需(xū)要的暗(àn)物质大(dà)约(yuē)是普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数(shù)字(zì)与解释(shì)星系当中(zhōng)恒星运(yùn)动(dòng)所需要的(de)暗(àn)物质比例是一致的(de)。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了(le)一个(gè)简(jiǎn)单的理论框架，就很(hěn)好地解(jiě)释了很多不同的观测结(jié)果。而(ér)暗物质(zhì)的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们(men)不参与(yǔ)任何其他(tā)的电磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力(lì)来相(xiāng)互(hù)作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子(zi)的存(cún)在(zài)，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学(xué)家们已(yǐ)经提(tí)出(chū)了数十种的(de)假想目标(biāo)，而(ér)要(yào)寻找这(zhè)些不同的(de)目(mù)标粒子所需(xū)要的实验方(fāng)式也不相同。在(zài)过去(qù)的几十年当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会(huì)与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实(shí)验，却没有任何(hé)实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处的地(dì)下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的(de)地学实验(yàn)室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测(cè)器，一直致力(lì)于寻找暗(àn)物(wù)质粒子的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的科学(xué)家声称观测到(dào)了某种信号。经过了20多(duō)年的数(shù)据收(shōu)集，人们发(fā)现(xiàn)了一个有趣(qù)的事(shì)情。探测(cè)率会(huì)在每年的(de)6月份达到峰(fēng)值，然后在(zài)11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且在20年当中每年(nián)都是一样。一些科学(xué)家认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期性(xìng)的年度信(xìn)号(hào)呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了(le)太阳(yáng)系(xì)正在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如(rú)果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这(zhè)样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生(shēng)相(xiāng)应的(de)振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太(tài)阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的方(fāng)向正好达到完全(quán)一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物(wù)质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在(zài)实际的情(qíng)况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈(chéng)现了(le)60度(dù)的(de)倾斜(xié)，但是这并不(bù)影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效性。

因此科(kē)学家认为(wèi)这可以用来解(jiě)释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性信(xìn)号(hào)。当然(rán)也可能(néng)有其他(tā)的情(qíng)况，造(zào)成这种年度周(zhōu)期信号的(de)差异(yì)也可(kě)能是温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客(kè)的(de)数量(liàng)也符合这个(gè)周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在(zài)南半球建(jiàn)立了一(yī)个(gè)几乎相同的实(shí)验室，这(zhè)里的季节与之前的(de)实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流(liú)的运动特征(zhēng)和(hé)第一个实(shí)验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号(hào)，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是(shì)由(yóu)于这(zhè)个实(shí)验室(shì)刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还(hái)无法提供(gōng)相应的数(shù)据(jù)支持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜(jìng)，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视场仪器提(tí)供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中(zhōng)一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的(de)结(jié)果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理(lǐ)中(zhōng)心的科(kē)学(xué)家丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬(fēn)研究发(fā)现，如(rú)果暗(àn)物质存在，它(tā)们极(jí)有可能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物(wù)质(zhì)效应(yīng)，会支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命(mìng)的(de)诞生，或者说是(shì)生命进化(huà)的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物(wù)质(zhì)会不会意味着(zhe)人类并不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的(de)行星上，暗物质正在(zài)通过(guò)这样的效应创造生命。当然(rán)，这些推论的(de)大前提是要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存在(zài)的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新的动力！

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