宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是什么？人类为了(le)寻找暗(àn)物(wù)质存(cún)在的(de)证据，科学家们在过去的几十(shí)年当中进行(xíng)了超过50次的长期(qī)实(shí)验(yàn)，但是却没(méi)有(yǒu)发(fā)现(xiàn)任何的(de)有效证据。除了一个(gè)地(dì)方，在(zài)1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发(fā)表了(le)万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年(nián)来(lái)，当天文学(xué)家们发现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨道出(chū)现(xiàn)异(yì)常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现(xiàn)了海王星的(de)存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些发现都是(shì)在(zài)恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到(dào)星系或者(zhě)是星团的尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威(wēi)基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的巨大(dà)星系团，这(zhè)些星系被引(yǐn)力(lì)束缚在一(yī)起。测量(liàng)星系(xì)团的质量一(yī)般会使(shǐ)用到两种方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学的(de)质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是(shì)利用光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系(xì)团中的各个(gè)星系相对于星(xīng)系团的运动速度(dù)。当测量结果出(chū)来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这(zh云n是哪里的车牌号è)99%的质量并不以可见光(guāng)的(de)形式所(suǒ)存(cún)在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是(shì)，在测(cè)量速度(dù)的过(guò)程中，兹(zī)威基发现星系团中(zhōng)很多星(xīng)系的速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛(niú)顿的运(yùn)动(dòng)学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星系的质量所(suǒ)产生的引力是无(wú)法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这(zhè)种力量来(lái)源于某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样部分不(bù)可见的暗(àn)质，它(tā)不发散光(guāng)、吸(xī)光(guāng)、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的(de)质量(liàng)。只是当时的人们(men)对这样的一(yī)种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文(wén)学家维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星系中的(de)恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)。理论(lùn)上来(lái)说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒(héng)星在其(qí)轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感到(dào)不可思议(yì)。

随着与中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在(zài)星系当中如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们(men)，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们(men)会(huì)使用一(yī)种相对标准的(de)方(fāng)法来解释(shì)暗物质的(de)存在，这种方(fāng)法就(jiù)是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心(xīn)的(de)距离，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现异(yì)常的结果，就(jiù)认为是由暗(àn)物质(zhì)的力量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于(yú)银河系(xì)的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速(sù)度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实(shí)际速度(dù)远远大于理(lǐ)论速度，那么(me)产生以上(shàng)这种向心加速(sù)度(dù)的(de)原(yuán)因(yīn)很可能就是存在着一种我们看不到(dào)的(de)物质(zhì)，是这些暗(àn)物质的引力效应将星系聚集在了(le)一(yī)起。

也是从这时(shí)开(kāi)始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当(dāng)中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可以(yǐ)解(jiě)释(shì)这个现(xiàn)象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异(yì)。另外，天文(wén)学家还(hái)发(fā)现了一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多(duō)，但是(shì)星系当(dāng)中存在的(de)恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在(zài)暗(àn)物(wù)质(zhì)，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以用正常的(de)物质和力(lì)学定律(lǜ)来解释(shì)的(de)。那么(me)又(yòu)有人提出(chū)，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥(bō)离了(le)。奇怪(guài)的(de)是(shì)，它(tā)的附近没有任何星系存(cún)在。造成这些现象的除了(le)暗物质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可(kě)能就是(shì)人类对(duì)引(yǐn)力(lì)的理(lǐ)解还不(bù)够(gòu)全面，引力很可能在不(bù)同尺度空间(jiān)中的工作方式是不(bù)同(tóng)的，这意味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解(jiě)的方式(shì)运动。但是上升到(dào)星(xīng)系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作(zuò)用(yòng)则是不同的(de)方式。对于在星系(xì)团之间的云n是哪里的车牌号相互作用，科学家还引入了(le)外部(bù)场效应的(de)概念(niàn)，指(zhǐ)的是在(zài)数(shù)百万光年的规(guī)模上，巨大的质(zhì)量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的(de)效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质(zhì)假说理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在(zài)的其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿(yì)光(guāng)年的子(zi)弹星系团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的(de)星(xīng)团(tuán)，它们大部分的普通(tōng)质量都(dōu)在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将(jiāng)位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的中间区(qū)域。那么(me)我们通(tōng)过什么来验证(zhèng)它的质(zhì)量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清(qīng)照片(piàn)，在照片(piàn)中我们可(kě)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(xíng)变。其(qí)实这(zhè)些星系本身(shēn)并不(bù)是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什(shén)么(me)问(wèn)题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球(qiú)上的观测(cè)者之间(jiān)。被一(yī)个(gè)质量超(chāo)级巨大的(de)天体遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量(liàng)的东西(xī)的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的(de)天体可(kě)能(néng)是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物质。

所以当人(rén)们(men)对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方法就是当(dāng)星(xīng)团发(fā)生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的(de)质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直接通过(guò)了(le)这(zhè)个区(qū)域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的(de)引力透镜(jìng)研究(jiū)也被认为(wèi)是暗物质存在的(de)迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无(wú)阻(zǔ)地(dì)穿(chuān)越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过了(le)130多亿(yì)年之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上留下(xià)了各相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其中红(hóng)色的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差(chà)只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学家们通过对前(qián)景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连(lián)通域提取(qǔ)和标记(jì)之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的(de)，而随着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一(yī)些(xiē)峰值的幅(fú)度会(huì)减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的(de)暗物(wù)质大(dà)约是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释星系当中恒(héng)星运(yùn)动所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测(cè)结(jié)果。而暗物质(zhì)的(de)本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何(hé)其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来(lái)相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒(lì)子到底是(shì)什么？科学家(jiā)们已经(jīng)提出(chū)了(le)数十种(zhǒng)的(de)假想目标(biāo)，而(ér)要寻找这些不(bù)同的(de)目(mù)标粒(lì)子所(suǒ)需要的(de)实验方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类(lèi)为了寻找这(zhè)些(xiē)看(kàn)不见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会与常规物质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却(què)没有任何实(shí)质性(xìng)的(de)发(fā)现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的(de)地(dì)下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一(yī)直致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到(dào)了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收(shōu)集，人们(men)发现(xiàn)了一个(gè)有趣的事情。探测(cè)率会在每年的(de)6月份达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发现暗(àn)物质的第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银河(hé)系进行移动(dòng)，那么(me)如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存(cún)在宇宙当中，这意味着(zhe)我(wǒ)们也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流(liú)，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生相应的振(zhèn)荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太(tài)阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围(wéi)绕(rào)太(tài)阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的(de)方(fāng)向是一致的(de)，而(ér)另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)云n是哪里的车牌号正(zhèng)好达到完全一(yī)致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太(tài)阳系(xì)相对银河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认为这(zhè)可(kě)以用来解释，研究人员(yuán)们(men)所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也(yě)可(kě)能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差(chà)异也可(kě)能是温度、湿(shī)度(dù)、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数(shù)量也(yě)符(fú)合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南(nán)半球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的(de)季节(jié)与之前(qián)的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿(chuān)过暗物(wù)质流的运动特(tè)征和(hé)第一个(gè)实验室(shì)是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得(dé)到相(xiāng)同(tóng)的信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗(àn)物质所(suǒ)存在的非常有力(lì)的证据了(le)。但是由于这(zhè)个实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截至(zhì)目前还无法提供(gōng)相(xiāng)应的数据支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空(kōng)望远镜其中一(yī)个关键的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥(ào)秘(mì)，对于探测的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的科(kē)学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它(tā)们极有可能拥有(yǒu)另一种神(shén)秘的效应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会(huì)支(zhī)持(chí)宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说(shuō)是(shì)生命(mìng)进化的(de)一个重要因(yīn)素。

如果这(zhè)一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不(bù)会意(yì)味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在(zài)通过这样(yàng)的效应创造生命。当然(rán)，这些推论的(de)大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质(zhì)到底存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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