宇宙是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何会存在(zài)科学无法(fǎ)解释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什(shén)么？人类为(wèi)了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中进行了超(chāo)过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任何(hé)的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原(yuán)理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天体运动的(de)规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学(xué)家们发现某些(xiē)天(tiān)体运(yùn)行(xíng)轨道出现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有引力定律的(de)时候(hòu)，他们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一(yī)定有(yǒu)未知的天(tiān)体通过引力(lì)在摄动它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星运行轨(guǐ)道的异(yì)常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥(míng)王星(xīng)的(de)发(fā)现都是应(yīng)用万(wàn)有引力(lì)定律所取得重大(dà)天文成就的例(lì)子(zi)。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的(de)尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系(xì)团的质量。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力(lì)束缚在一(yī)起。测(cè)量星系团的(de)质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果(guǒ)一致，就可以确定其(qí)质量(liàng)的(de)范围。

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

第二种是动力(lì)学质量的计算(suàn)，是利(lì)首项和末项的公式是什么，小学等差数列基本的5个公式用光谱红(hóng)移测(cè)量星系团中的各个星系(xì)相对于星系团的(de)运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动(dòng)力学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了(le)，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并(bìng)不(bù)以可(kě)见光的形式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异的(de)是，在测量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹(zī)威(wēi)基发(fā)现(xiàn)星系团中很多星系的(de)速度比理论(lùn)上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定(dìng)律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系的质量所产生的(de)引力是无法将它们束(shù)缚在星系团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的力量在(zài)起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但(dàn)是(shì)它(tā)们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这(zhè)样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词(cí)才再一次(cì)出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测(cè)仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就会越(yuè)慢。但是他们(men)观(guān)测的结果却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加(jiā)，恒(héng)星的(de)旋转速度几乎保持(chí)不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿(dùn)的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这(zhè)些(xiē)外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被(bèi)甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学家们(men)会使用一种相对标准的方法来解(jiě)释暗物(wù)质的存在，这种方法(fǎ)就是测量(liàng)星系(xì)当(dāng)中气体(tǐ)在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出(chū)现异常(cháng)的结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗物(wù)质的力(lì)量进入(rù)其中。

于是(shì)科学家们(men)通过(guò)射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距离星系中(zhōng)心更(gèng)远距离(lí)的氢元(yuán)素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符(fú)合牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位(wèi)于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万(wàn)有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速(sù)度(dù)应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论速度(dù)，那么产生以上这(zhè)种向心加速(sù)度的原(yuán)因很可能(néng)就是存在着一种我们看不(bù)到(dào)的物质，是(shì)这些暗物(wù)质(zhì)的引(yǐn)力效应将(jiāng)星(xīng)系(xì)聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估(gū)算(suàn)在星系当中暗(àn)物质的(de)质量占整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可(kě)以解释(shì)这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在(zài)一项新的研究(jiū)当中，科学家(jiā)们(men)发现，几乎没有引力效(xiào)应(yīng)的(de)遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的(de)微小(xiǎo)差异。另(lìng)外(wài)，天文学家还发现了一个(gè)反(fǎn)常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当(dāng)中存(cún)在(zài)的恒(héng)星(xīng)数量却只有银河系的千分(fēn)之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最(zuì)先进的望(wàng)远镜对其进(jìn)行(xíng)了40个(gè)小时的(de)详细(xì)测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中的(de)恒星运动是可以(yǐ)用正常(cháng)的(de)物质和(hé)力学定律来解释(shì)的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质(zhì)，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离了(le)。奇(qí)怪的(de)是，它的附(fù)近没有任(rèn)何星系存在(zài)。造成这(zhè)些现象的除(chú)了(le)暗物质(zhì)的假说之外(wài)，另一种可(kě)能就是人类对(duì)引力的理解(jiě)还不够(gòu)全面(miàn)，引力很可能在(zài)不同(tóng)尺度(dù)空间(jiān)中的工作方式是不同的(de)，这意味(wèi)着在行星系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理(lǐ)解的方式运动。但(dàn)是上升到(dào)星(xīng)系和(hé)星团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还(hái)引入(rù)了外部场效(xiào)应的概念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊(shū)的(de)效果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我们需要(yào)对现在的物理定(dìng)律进行(xíng)修正，这(zhè)些发现(xiàn)也让很(hěn)多人(rén)认为暗(àn)物质假说(shuō)理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中还有(yǒu)关于暗物质存在(zài)的其他(tā)的理论证据，这(zhè)些理论证据是(shì)蒙德理论所没法解释的(de)“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星(xīng)系团，由两个(gè)碰撞的(de)星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这(zhè)样的星团(tuán)，它们大部分的(de)普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星(xīng)际气(qì)体(tǐ)的相互作(zuò)用就会导致温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部(bù)分的质(zhì)量将位(wèi)于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域(yù)。那么(me)我们通(tōng)过什么(me)来验(yàn)证它的质量区域(yù)到底(dǐ)是不是(shì)集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中第一张全(quán)彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到(dào)很(hěn)多星(xīng)系(xì)似乎(hū)被拉(lā)伸产生(shēng)了(le)巨大的形变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯(bó)望(wàng)远镜出(chū)了什么(me)问题(tí)，而是这样极(jí)遥(yáo)远(yuǎn)的(de)天体和(hé)我们(men)地球上(shàng)的(de)观测者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大(dà)质量的东(dōng)西(xī)的引力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应(yīng)。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系(xì)团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域并不是(shì)在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的(de)解(jiě)释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则(zé)直接通过了(le)这个区域，并在(zài)两边(biān)形(xíng)成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物(wù)质存(cún)在的迄(qì)今(jīn)为止最好的理(lǐ)论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的光(guāng)。从(cóng)宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年之后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分(fēn)表(biǎo)示温(wēn)度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它(tā)们(men)之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通(tōng)过对(duì)前景背景分离(lí)后的二(èr)值图像(xiàng)进行连通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图(tú)形看起来(lái)不(bù)应该是这(zhè)样(yàng)的(de)，而(ér)随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起(qǐ)来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质大约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这(zhè)个(gè)数(shù)字与(yǔ)解(jiě)释星系当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很(hěn)好(hǎo)地解释了(le)很多不(bù)同的(de)观测结(jié)果。而(ér)暗物质(zhì)的本(běn)质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来相互作用。所(suǒ)以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就相当(dāng)于找到(dào)了暗(àn)物(wù)质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什(shén)么？科学家(jiā)们已经提出(chū)了数十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同(tóng)的(de)目标粒子所(suǒ)需(xū)要的实(shí)验方(fāng)式也(yě)不相同。在过去(qù)的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类为了寻(xún)找这(zhè)些(xiē)看不见、摸(mō)不到，几乎不会与(yǔ)常规(guī)物(wù)质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实验(yàn)，却没有任(rèn)何实(shí)质性的发现，除了一(yī)个地(dì)方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最大的地学实(shí)验室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直(zhí)致力(lì)于寻找暗物首项和末项的公式是什么，小学等差数列基本的5个公式(wù)质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到(dào)了某(mǒu)种信号。经(jīng)过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了(le)一个有趣的(de)事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到(dào)最低，而且在20年当(dāng)中每(měi)年都是一样。一些科学家认为这(zhè)可(kě)能是(shì)人类(lèi)发现暗物质的(de)第一(yī)个(gè)直接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太(tài)阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着(zhe)我们也在以这(zhè)样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间(jiān)，地球围(wéi)绕太(tài)阳的方向与太阳环绕(rào)银河系的(de)方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在(zài)6月份的时候，地(dì)球与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快(kuài)的时(shí)段。而(ér)在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银河系的平(píng)面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学(xué)家(jiā)认(rèn)为这可以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测(cè)到的(de)周(zhōu)期(qī)性信(xìn)号(hào)。当(dāng)然也可能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成这(zhè)种年度周期(qī)信号(hào)的(de)差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南(nán)半球建立了一个几乎相同的(de)实(shí)验室，这里的季(jì)节(jié)与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在(zài)这里(lǐ)，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第一个(gè)实验室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的(de)信号，就可(kě)以成为暗物质所存在的非常有力(lì)的证据了(le)。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截至目前还无法提(tí)供相应的(de)数据支(zhī)持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽(kuān)视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键的用途就(jiù)是探索暗物质(zhì)背后的(de)奥(ào)秘，对于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们(men)只能拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒子(zi)天体(tǐ)物理(lǐ)中(zhōng)心(xīn)的(de)科(kē)学(xué)家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘(mì)的效(xiào)应，这(zhè)种暗物(wù)质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个重要(yào)因(yīn)素。

如果这(zhè)一理论得(dé)到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正在通过(guò)这样的效应(yīng)创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗(àn)物质存(cún)在的实(shí)际(jì)证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的(de)支持是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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