宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的(de)“暗物(wù)质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科(kē)学家们(men)在过去的几十年当中(zhōng)进行(xíng)了超过50次的(de)长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除(chú)了一(yī)个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的(de)几百年来，当天文(wén)学家们(men)发现某些(xiē)天体运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异(yì)常，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)的时候(hòu)，他们(men)就会知(zhī)道，周围一定有未知(zhī)的天体通过(guò)引力在摄(shè)动它的(de)轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道的异(yì)常(cháng)，推算并(bìng)且发(fā)现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的发现(xiàn)都(dōu)是(shì)应用万有(yǒu)引力定律所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是(shì)这些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升(shēng)到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹(zī)威基正(zhèng)在研究(jiū)和测(cè)量后发星系团的质量(liàng)。这是一(yī)个由数千(qiān)个(gè)星系所组成的巨大星(xīng)系(xì)团(tuán)，这些星系(xì)被(bèi)引力束缚在一起。测(cè)量(liàng)星系团的质量一(yī)般会(huì)使用到两(liǎng)种方法，当两种方法(fǎ)结果一(yī)致，就可以(yǐ)确定其质量的范围(wéi)。

第一(yī)种(zhǒng)是(shì)获得其"光度学的(de)质量"，需(xū)要的数据是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中的各(gè)个星系(xì)相对(duì)于星系团中国有多少万大军，中国多少万兵力(tuán)的运动速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度(dù)学质量”的(de)400倍。这意(yì)味着，后发(fā)座星系团有99%的(de)质量消(xiāo)失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的形式所存(cún)在，我们(men)无法看到。最(zuì)诡异(yì)的是，在(zài)测量速度(dù)的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多(duō)星系的速度比理论(lùn)上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学(xué)定(dìng)律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是无法将它们(men)束缚在(zài)星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹维基提(tí)出了这样部(bù)分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的(de)人们对这(zhè)样的一种说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗(àn)物(wù)质”这个词(cí)才再一(yī)次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上(shàng)来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其(qí)轨道(dào)上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观测的(de)结果却让人(rén)感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度(dù)几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引力(lì)定律，在星系当中如(rú)果没有足(zú)够大的质量来吸引它们(men)，这(zhè)些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于(yú)这种现象，科学家(jiā)们会(huì)使用(yòng)一(yī)种相对标(biāo)准的方(fāng)法来解释暗物质(zhì)的(de)存在，这种方法就是测(cè)量星系当中(zhōng)气体在X轴上距(jù)离星系中心的(de)距离，以及(jí)在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是(shì)由暗物质(zhì)的(de)力(lì)量进入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢元素，发现它(tā)们(men)的旋转速(sù)度并不符合(hé)牛顿的(de)力学定(中国有多少万大军，中国多少万兵力dìng)律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速(sù)度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的(de)速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远远大于(yú)理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在着一种我们(men)看不到的物质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越(yuè)来(lái)越多的(de)研究人员开始相信(xìn)暗物质的存(cún)在。科学家(jiā)根据星系外恒(héng)星轨道的速(sù)度，估(gū)算在(zài)星系当中暗物质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质(zhì)并不是(shì)唯一可(kě)以解释这个(gè)现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度(dù)上(shàng)的微小差(chà)异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发现了一个(gè)反(fǎn)常的(de)星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但(dàn)是星系当中(zhōng)存在的恒(héng)星数(shù)量却只有银河系的千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则(zé)就(jiù)会(huì)分(fēn)崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先(xiān)进的望远镜对(duì)其进行了40个(gè)小(xiǎo)时(shí)的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用正常的物质和力学(xué)定律来(lái)解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的(de)另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它的附近(jìn)没(méi)有任何星(xīng)系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能(néng)就(jiù)是(shì)人类(lèi)对(duì)引(yǐn)力的理解还不(bù)够全面，引(yǐn)力(lì)很可能在不同(tóng)尺度(dù)空间中(zhōng)的工作(zuò)方式(shì)是不同的，这意(yì)味(wèi)着在行星系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运动(dòng)。但是上升到(dào)星(xīng)系和星团(tuán)的尺度，引力之(zhī)间的(de)相互作(zuò)用(yòng)则是不同的方式。对于(yú)在星系团之(zhī)间(jiān)的相互作用，科学家(jiā)还(hái)引入(rù)了外部场效应的概(gài)念，指(zhǐ)的(de)是在数百万(wàn)光年的(de)规模上，巨大的(de)质量之间会产(chǎn)生对(duì)彼(bǐ)此特殊的(de)效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们需要(yào)对现在(zài)的物理定律进行修正，这些发(fā)现也让很多(duō)人认为暗物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗物质(zhì)存在的其(qí)他的理论(lùn)证据，这些(xiē)理论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的(de)子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它们(men)大部分的(de)普通质量都在(zài)星(xīng)系(xì)的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发(fā)生碰(pèng)撞的时(shí)候，星际(jì)气(qì)体的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大(dà)幅降低(dī)。所以在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将(jiāng)位于所(suǒ)有(yǒu)这些(xiē)气体所在的中间(jiān)区(qū)域。那么我们通过什(shén)么(me)来验证它的质量区域到底是不是(shì)集中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的(de)高清(qīng)照(zhào)片，在照片中(zhōng)我们(men)可(kě)以明显地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨(jù)大的形变。其实(shí)这些星系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题(tí)，而(ér)是(shì)这样(yàng)极(jí)遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量的(de)东西的引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们对子(zi)弹星系(xì)团观测的时(shí)候，发现它的大质量区(qū)域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通(tōng)过了这个区(qū)域，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹星系团的(de)引力(lì)透镜研究也(yě)被认为是暗物质存(cún)在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年(nián)之(zhī)后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同性的(de)微波(bō)辐射。其中(zhōng)红色的(de)部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷(lěng)的区(qū)域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万(wàn)分(fēn)之一。

科学家们(men)通过对(duì)前景背景分离后的二值图(tú)像(xiàng)进行连通(tōng)域提(tí)取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物质，图(tú)形(xíng)看起来不应该是(shì)这样的(de)，而随着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一些峰值(zhí)的幅度(dù)会减小，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的(de)暗(àn)物质大(dà)约是普通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个(gè)数(shù)字与解释(shì)星系当中恒星(xīng)运动所需(xū)要的暗物(wù)质比例(lì)是一(yī)致的。这就意(yì)味着。

用了(le)一个简单的理论框架(jià)，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观测(cè)结(jié)果。而(ér)暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们(men)不(bù)参(cān)与(yǔ)任何(hé)其(qí)他的电(diàn)磁(cí)作用，只通过(guò)引力来相互(hù)作用。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒(lì)子的存在(zài)，就(jiù)相当(dāng)于找到了暗物质存在的实(shí)际(jì)证(zhèng)据。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已(yǐ)经提出(chū)了(le)数十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要(yào)寻找这(zhè)些不同(tóng)的目标粒子(zi)所需要(yào)的实验方式(shì)也不(bù)相同。在(zài)过去的几十年当(dāng)中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物(wù)质相(xiāng)互作用的“暗(àn)物(wù)质(zhì)”，科学家们(men)已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次(cì)的实(shí)验，却没有任何(hé)实质性(xìng)的发现，除了(le)一个地(dì)方(fāng)，意(yì)大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地(dì)下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直致力(lì)于(yú)寻(xún)找暗(àn)物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多年(nián)的数(shù)据收(shōu)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(dá)到峰值，然后(hòu)在11月降到最(zuì)低，而(ér)且在20年当(dāng)中每年都是一样(yàng)。一些(xiē)科学家认(rèn)为这可能是人类(lèi)发现暗(àn)物(wù)质(zhì)的第一个直(zhí)接证据。

但是(shì)为什么暗物质(zhì)会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕着(zhe)银(yín)河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度(dù)在穿(chuān)越着暗物质流，这(zhè)个过程中会(huì)产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方(fāng)向是一(yī)致的(de)，而另外半年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的(de)方(fāng)向正(zhèng)好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最快(kuài)的(de)时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银(yín)河系(xì)的平面(miàn)呈现了(le)60度的(de)倾斜(xié)，但是(shì)这并不(bù)影(yǐng)响(xiǎng)这个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解(jiě)释，研究人员们所观测(cè)到(dào)的周期性(xìng)信号。当(dāng)然也可(kě)能有其(qí)他的情况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周期信号的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的(de)数量也符合这(zhè)个周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在(zài)南半球建立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季(jì)节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而(ér)在这里，地球(qiú)穿过(guò)暗物质(zhì)流的运动(dòng)特征和第(dì)一个实验室是(shì)一样的(de)。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可以得到(dào)相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非(fēi)常有力的证据了。但(dàn)是由(yóu)于(yú)这(zhè)个实(shí)验室(shì)刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的(de)望远镜，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提(tí)供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键(jiàn)的用(yòng)途(tú)就是探索(suǒ)暗物质背后(hòu)的(de)奥秘，对于探测的(de)结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研(yán)究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥有另一种神(shén)秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者说是(shì)生(shēng)命进(jìn)化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上，暗物(wù)质正在通(tōng)过这(zhè)样(yàng)的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先(xiān)找到暗物质(zhì)存(cún)在的(de)实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底(dǐ)存(cún)不(bù)存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新的动(dòng)力！

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