宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科(kē)学无法解释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质(zhì)又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存(cún)在的证(zhèng)据，科学家们在过(guò)去(qù)的几十年当中进行了超(chāo)过50次(cì)的(de)长期不是省油的灯是什么意思，没有一个省油的灯是什么意思实验(yàn)，但是(shì)却(què)没有发现任何的有效证据(jù)。除(chú)了一(yī)个(gè)地(dì)方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自(zì)然(rán)哲学数(shù)学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了(le)万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学(xué)家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异(yì)常，不符合(hé)万有(yǒu)引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的(de)天体通过引力(lì)在摄动(dòng)它的轨道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶(yé)就(jiù)通过天(tiān)王(wáng)星(xīng)运(yùn)行轨(guǐ)道(dào)的异常(cháng)，推算并(bìng)且(qiě)发(fā)现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王(wáng)星的(de)发现都(dōu)是应用(yòng)万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就(jiù)的例子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们上升到星(xīng)系或(huò)者是星团(tuán)的尺度(dù)，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后(hòu)发星(xīng)系团的质量。这(zhè)是一个(gè)由数千个星系所组不是省油的灯是什么意思，没有一个省油的灯是什么意思成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就(jiù)可以确(què)定其质量(liàng)的范围(wéi)。

第(dì)一种是获(huò)得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个星系(xì)的光(guāng)度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团(tuán)中的(de)各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟(jìng)然(rán)是(shì)“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的(de)质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并(bìng)不(bù)以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无(wú)法看到(dào)。最(zuì)诡异(yì)的是(shì)，在测量速(sù)度的(de)过程(chéng)中，兹威基发(fā)现星系团中很多(duō)星系的(de)速度比理(lǐ)论上要快得(dé)多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系(xì)的质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们(men)束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被(bèi)抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量(liàng)来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样(yàng)部(bù)分不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是(shì)它们却(què)占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对(duì)这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才(cái)再一(yī)次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒(héng)星(xīng)运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在(zài)其(qí)轨(guǐ)道上(shàng)的运(yùn)行速度就会越慢。但(dàn)是他们(men)观(guān)测(cè)的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不变。可是根据(jù)牛(niú)顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量(liàng)来吸(xī)引它(tā)们，这些外围的恒(héng)星早(zǎo)就被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方(fāng)法就是测量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的(de)力(lì)量进入其中。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星系中心更远距离的(de)氢(qīng)元素，发(fā)现它们的旋转速度并不符(fú)合牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也(yě)不例(lì)外，太阳系位(wèi)于银河系的第(dì)三悬臂之(zhī)上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引力定律进(jìn)行计(jì)算，太阳系的运行速度应(yīng)该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上，太阳系(xì)正(zhèng)在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个(gè)实际(jì)速度远远大(dà)于(yú)理论速度，那(nà)么产生以上这种向心加(jiā)速度的原(yuán)因很可(kě)能就是存在着一(yī)种我们看不到的物(wù)质，是这些暗(àn)物质的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越来越多的研究人(rén)员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质的(de)存在。科学家根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的(de)85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原(yuán)因。在(zài)一项新(xīn)的(de)研究当中，科(kē)学家们发(fā)现，几乎没有(yǒu)引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多(duō)，但是(shì)星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银(yín)河(hé)系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星系(xì)必(bì)须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学(xué)家们使用(yòng)最先进的望远镜对其(qí)进行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细测量之后(hòu)，发现星系中的恒(héng)星运(yùn)动是可以用(yòng)正常的物质和力学定(dìng)律来(lái)解(jiě)释的。那么(me)又有人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近的另一(yī)个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星(xīng)系(xì)存在(zài)。造成这些现象的(de)除了暗物质的(de)假说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引力的(de)理(lǐ)解还(hái)不够全面，引力(lì)很可(kě)能在不同尺度空间(jiān)中的工作方(fāng)式(shì)是不同的，这意(yì)味着在(zài)行星系尺度中(zhōng)的(de)天(tiān)体会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们(men)所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力(lì)之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家(jiā)还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定(dìng)律进行(xíng)修正(zhèng)，这些发现也让很(hěn)多人认为(wèi)暗物(wù)质(zhì)假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有(yǒu)关于暗(àn)物质存在的其他(tā)的理论证据，这(zhè)些(xiē)理论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解(jiě)释(shì)的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的(de)星系团(tuán)所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的(de)普(pǔ)通质量都在星系的(de)气(qì)体当中。当(dāng)星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)时候，星(xīng)际气体的相互作(zuò)用(yòng)就会导致(zhì)温度的急剧升高，速(sù)度大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部(bù)分的质量将位于(yú)所有这些(xiē)气(qì)体(tǐ)所在的中间(jiān)区(qū)域(yù)。那么我们通过(guò)什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清(qīng)照(zhào)片，在照片中我们可以(yǐ)明(míng)显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些(xiē)星系本(běn)身并(bìng)不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地(dì)球上(shàng)的观测者之间(jiān)。被一个(gè)质量超(chāo)级巨大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质(zhì)量的东西的引(yǐn)力(lì)，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的(de)黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人(rén)们对(duì)子(zi)弹星系团观测的时候，发(fā)现它(tā)的大质量区域(yù)并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就(jiù)是当星(xīng)团(tuán)发生全部(bù)的碰撞时(shí)，可被观测到的质(zhì)量气体被卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质(zhì)则直接通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的(de)理论证据。

除(chú)此之外(wài)，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过了(le)130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中(zhōng)红色的部分(fēn)表(biǎo)示温度较高(gāo)的区域(yù)，蓝色(sè)则表示(shì)相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差(chà)只(zhǐ)有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景(jǐng)背景分(fēn)离后的(de)二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐射的(de)测量值，我们(men)需要的暗(àn)物质大约(yuē)是(shì)普通物质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解释星(xīng)系当(dāng)中恒星运动(dòng)所需(xū)要的暗物质比例是一(yī)致(zhì)的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好地(dì)解释了很多不(bù)同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类(lèi)型的粒子(zi)，它们不参与任何其他(tā)的电磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所(suǒ)以如果能(néng)够找到这(zhè)种粒子的存(cún)在，就相当于(yú)找(zhǎo)到了暗物质存在的(de)实(shí)际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们(men)已经提(tí)出了(le)数(shù)十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子(zi)所需要的实验方式也(yě)不(bù)相同。在过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常(cháng)规物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过(guò)50次的实验，却没有任何实质(zhì)性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地不是省油的灯是什么意思，没有一个省油的灯是什么意思学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三(sān)层楼高的(de)探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到(dào)了某种信号(hào)。经过了20多年的(de)数据收(shōu)集，人(rén)们(men)发(fā)现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降到最低，而且(qiě)在(zài)20年当(dāng)中每年都是一(yī)样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物质的(de)第一(yī)个(gè)直接证据。

但是为(wèi)什么暗物(wù)质会产生周期(qī)性的年(nián)度信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河(hé)系(xì)进(jìn)行移动(dòng)，那么如(rú)果(guǒ)暗(àn)物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质(zhì)流，这个过(guò)程中会产生(shēng)相应(yīng)的(de)振荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的速度(dù)围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年(nián)的(de)时间(jiān)，地球围绕(rào)太(tài)阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一致的，而(ér)另(lìng)外(wài)半年则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在(zài)6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗(àn)物质(zhì)流最快的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了(le)最慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系相对银(yín)河系的平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家认为这(zhè)可(kě)以用来解释，研究(jiū)人员(yuán)们(men)所观测到的周期性信(xìn)号。当然(rán)也可能有其他的情况，造成(chéng)这种年度周(zhōu)期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至连意大利游(yóu)客的(de)数量也符合(hé)这个周期的规(guī)律。

所以，科(kē)学(xué)家们又(yòu)在南(nán)半球建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎相同的实(shí)验室，这里的季节(jié)与之前(qián)的实验(yàn)室正好相(xiāng)反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动特征和第一个实(shí)验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相同的(de)信(xìn)号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的(de)证(zhèng)据了(le)。但(dàn)是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还(hái)无法提供相应(yīng)的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜相同(tóng)，但(dàn)它(tā)的宽视场仪器提供的视(shì)野是(shì)哈勃红外(wài)仪器(qì)的(de)100倍(bèi)。南(nán)希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目(mù)以待(dài)了。费米(mǐ)实验室粒子天体物(wù)理中心(xīn)的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们(men)极有可能拥有另一(yī)种神秘(mì)的效应(yīng)，这种暗(àn)物(wù)质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命(mìng)进化的一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理(lǐ)论得到进一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物质会不(bù)会(huì)意味(wèi)着人类(lèi)并不孤(gū)单呢(ne)？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样(yàng)的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的实(shí)际证据。那(nà)么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更(gèng)新(xīn)的动力(lì)！

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