宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为(wèi)何会存在科(kē)学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什(shén)么？人类为了寻找暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的证据，科学家们在过去(qù)的几十年当中进行(xíng)了超过50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没(méi)有发现(xiàn)任何的有效证据。除了(le)一(yī)个(gè)地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发(fā)表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们发(fā)现某些天(tiān)体运行轨道出现异(yì)常(cháng)，不符(fú)合万有引力(lì)定律的(de)时候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知(zhī)的天(tiān)体通过引(yǐn)力在(zài)摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并(bìng)且发(fā)现了(le)海王星的(de)存在。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是(shì)应用万有引(yǐn)力(lì)定律所取得(dé)重大(dà)天文成(chéng)就的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度当中，可当我们(men)上升到(dào)星系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的(de)物理学家弗(fú)里茨兹威基正在(zài)研究和测量(liàng)后发星系团的质量(liàng)。这(zhè)是一个(gè)由数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的质量一般会(huì)使(shǐ)用到(dào)两种方法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一(yī)致，就可以确(què)定(dìng)其质量的范围。

第(dì)一种是(shì)获(huò)得其(qí)"光度(dù)学(xué)的质量(liàng)"，需要的数据(jù)是测量各个星系的光度(dù)。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系相(xiāng)对于星系团的运动(dòng)速度(dù)。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是(shì)“光度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的质(zhì)量消失了(le)，或(huò)者(zhě)说这(zhè)99%的(de)质量并(bìng)不以可见光的(de)形式所存在，我(wǒ)们无法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度(dù)比理论上(shàng)要快得(dé)多，按照牛(niú)顿的运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的引力是无(wú)法将它们(men)束(shù)缚在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系(xì)团之外了，除(chú)非有一种(zhǒng)神秘的(de)力量在起作(zuò)用，这种力量来(lái)源于(yú)某种隐形的(de)物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分(fēn)不可见的暗质(zhì)，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝(jué)大部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人们对这(zhè)样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观(guān)测仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中(zhōng)心(xīn)越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨道上的运(yùn)行速度就会(huì)越慢。但是他们观测的结(jié)果(guǒ)却让人感到不可思(sī)议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速(sù)度(dù)几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的(de)万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星(xīng)系(xì)当中如果(guǒ)没有足够大的(de)质(zhì)量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒(héng)星(xīng)早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是(shì)测量(liàng)星系当中气体在X轴上(shàng)距(jù)离星系中心的(de)距(jù)离，以及(jí)在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的(de)结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通(tōng)过(guò)射(shè)电望远镜(jìng)测量了距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的(de)力学定律。我们(men)的太阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳系位于(yú)银河(hé)系(xì)的第三悬(xuán)臂(bì)之上，距离银(yín)河(hé)系(xì)中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系(xì)的运行(xíng)速度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度(dù)远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那么产生以上这(zhè)种(zhǒng)向心加速度(dù)的原因很可(kě)能就是存在(zài)着一(yī)种我们看不到(dào)的物质，是(shì)这些暗物质(zhì)的引(yǐn)力效应(yīng)将星系聚(jù)集(jí)在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物质(zhì)的质(zhì)量占整个(gè)星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释(shì)这个现象的原因。在一项新的研究(jiū)当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出(chū)现速度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现了一个反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河系(xì)不多，但(dàn)是星系当(dāng)中存在(zài)的恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河(hé)系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的(de)详细测量之后，发现星系(xì)中的恒星运动(dòng)是可以用(yòng)正(zhèng)常的(de)物(wù)质(zhì)和力学定律来解释的(de)。那(nà)么又(yòu)有人提出，也许该(gāi)星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近(jìn)没有任何(hé)星系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物(wù)质(zhì)的假说(shuō)之外，另一(yī)种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够(gòu)全面，引力很可能在(zài)不同(tóng)尺度(dù)空间中的(de)工作方式(shì)是不同的(de)，这意味着在行(xíng)星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它(tā)们的(de)轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的(de)相互作用则是不(bù)同的方式。对于(yú)在星系团之间的(de)相互作用，科学家(jiā)还引(yǐn)入(rù)了外(wài)部(bù)场效应的概念，指的是在(zài)数百(bǎi)万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这意(yì)味着(zhe)我们需要(yào)对现(xiàn)在的物理定律进行修(xiū)正，这些发(fā)现也让很(hěn)多人认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据(jù)，这(zhè)些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距(jù)离为37亿光(guāng)年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的(de)星(xīng)系(xì)团所组成(chéng)，类似这样的星(xīng)团，它们(men)大部分(fēn)的(de)普通质量都在(zài)星(xīng)系的(de)气体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致(zhì)温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团(tuán)大(dà)部分(fēn)的(de)质(zhì)量将位于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在(zài)的(de)中间区域。那么我们通(tōng)过什(shén)么来验(yàn)证它的质量区(qū)域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的(de)高(gāo)清照片(piàn)，在照(zhào)片(piàn)中(zhōng)我们(men)可以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这(zhè)些星系本(běn)身并不(bù)是真的被扭曲(qū)了，也不(bù)是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们(men)地球(qiú)上的观测(cè)者之间(jiān)。被一(yī)个(gè)质量(liàng)超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的东西的(de)引力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是超大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系团观测的(de)时候，发(fā)现(xiàn)它的大质量区域并不(bù)是在中间，而是(shì)在两侧。所以最(zuì)好的解(jiě)释(shì)方(fāng)法就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物(wù)质则直接(jiē)通(tōng)过了这(zhè)个区域，并在两边形(xíng)成了引力(lì)透镜(jìng)。对(duì)子(zi)弹星系(xì)团的引力透(tòu)镜(jìng)研(yán)究也被(bèi)认为(wèi)是(shì)暗(àn)物(wù)质存在(zài)的(de)迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区(qū)域，但实际上(shàng)它(tā)们之间的温(wēn)差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离(lí)后(hòu)的二值图像(xiàng)进行连通域提取和标记之(zhī)后(hòu)发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着(zhe)暗(àn)物质的增加(jiā)，一些峰值的(de)幅(fú)度会减小，才(cái)变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的(de)测(cè)量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物质的5倍。这个(gè)数(shù)字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了(le)一个简单的理论框(kuāng)架(jià)，就(jiù)很好地解(jiě)释了很多(duō)不同的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁(cí)作用，只通过引(yǐn)力来相互(hù)作用。所(suǒ)以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科(kē)学家们已经(jīng)提出了(le)数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不(bù)同的目标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在过去(qù)的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物(wù)质相互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了(le)一个地方，意大利(lì)的(de)格(gé)兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直致(zhì)力于(yú)寻(xún)找暗(àn)物质粒子(zi)的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的(de)数据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年(nián)都是(shì)一样(yàng)。一些科学(xué)家认为(wèi)这可能是(shì)人类发现暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着我们(men)也(yě)在(zài)以这样的速度在穿(chuān)越着暗(àn)物(wù)质(zhì)流，这(zhè)个过程中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围(wéi)绕太(tài)阳的(de)方向与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完全一(yī)致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到(dào)了最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系(xì)的(de)平面(miàn)呈现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的(de)有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来解释(shì)，研究(jiū)人员(yuán)们所观测到(dào)的周期(qī)性信号(hào)。当然也可能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山上(shàng)的(de)积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大利游客(kè)的数量(liàng)也(yě)符合这(zhè)个周期的规(guī)律。

所以，科学家们(men)又(yòu)在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质流的运(yùn)动特(tè)征和第一(yī)个实验(yàn)室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗(àn)物(wù)质所存在(zài)的非(fēi)常有力的证(zhèng)据了。但是(shì)由于这(zhè)个(gè)实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前(qián)还无法(fǎ)提供相应的(de)数据支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射(shè)一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视场仪(yí)器提(tí)供的视野是哈(hā)勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其(qí)中(zhōng)一个关(guān)键的用途就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验室(shì)粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如(rú)果暗物质存(cún)在，它(tā)们极(jí)有可(kě)能拥有另一种神秘(mì)的(de)效应，这种暗物质效应，会(huì)支持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说是(shì)生命进化的一个重(zhòng)要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论得(dé)到(dào)进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物(wù)质正在通过这样(yàng)的效(xiào)应(yīng)创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到(dào)暗物(wù)质存在的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗(àn)物(wù)质(zhì)到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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