宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证据(jù)，科学家们在过去的几(jǐ)十年当中进行了(le)超过50次的(de)长期实验，但是却(què)没有发(fā)现任何的有效(xiào)证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常(cháng)，不符合(hé)万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过(guò)引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王(wáng)星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗(huì)星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都是应用万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定(dìng)律所取得(dé)重大天文成就的例(lì)子。但(dàn)是这些发现都是在恒(héng)星系统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到星(xīng)系或(huò)者(zhě)是星团的(de)尺度，事情(qíng)就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究(jiū)和测量后发(fā)星系团(tuán)的(de)质量(liàng)。这是一(yī)个由数(shù)千个星(xīng)系所组成的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星(xīng)系被引力(lì)束缚在(zài)一(yī)起。测量(liàng)星系团的质量一(yī)般会使(shǐ)用(yòng)到两(liǎng)种方法，当两种(zhǒng)方法结果一(yī)致(zhì)，就(jiù)可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星(xīng)系的(de)光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各(gè)个(gè)星系相(xiāng)对于星(xīng)系团的运(yùn)动(dòng)速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发(fā)座星系团有(yǒu)99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形(xíng)式所存(cún)在，我们(men)无(wú)法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星(xīng)系团(tuán)中(zhōng)很(hěn)多星(xīng)系的速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿的(de)运(yùn)动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系(xì)的(de)质(zhì)量所(suǒ)产生的引力(lì)是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛出星(xīng)系团(tuán)之外(wài)了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力太深是一种什么体验，太深是不是不好量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维(wéi)基提出(chū)了这样部分不可见的(de)暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人们(men)对这样的(de)一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这个(gè)词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论(lùn)上来说(shuō)，距(jù)离中心越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢(màn)。但是他(tā)们观测的结果却(què)让人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着与中心距(jù)离的增加，恒(héng)星的旋转速度(dù)几乎(hū)保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在(zài)星系当(dāng)中如果没(méi)有(yǒu)足(zú)够大的质量(liàng)来吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使用一(yī)种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物(wù)质的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测量(liàng)星系当中气(qì)体在X轴上(shàng)距离星(xīng)系中心的(de)距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物(wù)质的(de)力量进入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜(jìng)测量了距离星系中心更远距(jù)离(lí)的氢元素(sù)，发现它(tā)们的旋转速度(dù)并不符合牛顿(dùn)的(de)力学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太(tài)阳(yáng)系位于银河系的第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系(xì)正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)银(yín)河(hé)系旋转，这个(gè)实际速度远(yuǎn)远大于(yú)理论速度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的(de)原因很可(kě)能就是存在(zài)着一种(zhǒng)我们(men)看不到的物质，是这些暗(àn)物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越(yuè)来越(yuè)多的(de)研究人员开(kāi)始相信(xìn)暗(àn)物质的存在(zài)。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解(jiě)释(shì)这个现象的(de)原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小差异。另(lìng)外，天文学家(jiā)还(hái)发(fā)现了一(yī)个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星(xīng)数量却(què)只有银河(hé)系的千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该(gāi)星系(xì)必(bì)须存在(zài)暗(àn)物质，否则就(jiù)会分崩离析(xī)。但是科学家们使(shǐ)用最先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细(xì)测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质(zhì)和(hé)力学定(dìng)律来(lái)解释的。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也(yě)许(xǔ)该(gāi)星(xīng)系的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近(jìn)的另一个大星系剥离(lí)了(le)。奇怪的是，它的附近(jìn)没有(yǒu)任何星系存(cún)在(zài)。造成(chéng)这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人类对引力(lì)的理解还不(bù)够全(quán)面，引力很(hěn)可(kě)能在不同尺度(dù)空间中的工作(zuò)方式是不(bù)同的(de)，这意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照我们所(suǒ)理解的方式(shì)运(yùn)动。但是上(shàng)升到星系和星团的(de)尺(chǐ)度，引力之间的(de)相互作(zuò)用则是不同(tóng)的方式。对于在星系(xì)团之间(jiān)的相互(hù)作(zuò)用，科学家还引入了外(wài)部场(chǎng)效应的概念，指的(de)是在(zài)数(shù)百万(wàn)光(guāng)年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的(de)效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需(xū)要对(duì)现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发(fā)现也让(ràng)很(hěn)多人认为(wèi)暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中还有关(guān)于(yú)暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿光(guāng)年的子(zi)弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞的星系(xì)团(tuán)所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大(dà)部(bù)分(fēn)的普通(tōng)质(zhì)量都(dōu)在星系(xì)的气体当中(zhōng)。当(dāng)星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发生碰(pèng)撞的时(shí)候，星际(jì)气体的相(xiāng)互作(zuò)用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量(liàng)将(jiāng)位于(yú)所有(yǒu)这些气体所在的中间区(qū)域(yù)。那么我们通(tōng)过什(shén)么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不是(shì)集中在中间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一(yī)张全(quán)彩(cǎi)的高(gāo)清照片(piàn)，在(zài)照片中我们(men)可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥(yáo)远星系的光都发生了(le)扭(niǔ)曲。这个现象就(jiù)是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大(dà)质(zhì)量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的(de)大质(zhì)量(liàng)区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就(jiù)是当(dāng)星团发生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物(wù)质则直(zhí)接通(tōng)过了这(zhè)个区域，并在(zài)两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团的(de)引力透(tòu)镜研究(jiū)也(yě)被认为(wèi)是(shì)暗(àn)物质存在的(de)迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越(yuè)在(zài)宇(yǔ)宙当太深是一种什么体验，太深是不是不好太深是一种什么体验，太深是不是不好>中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间(jiān)背景(jǐng)上留下了各(gè)相同性的微波辐(fú)射。其中红(hóng)色的(de)部分表(biǎo)示温度较高的(de)区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样(yàng)的，而随着暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值(zhí)的(de)幅(fú)度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背景辐射(shè)的测(cè)量值(zhí)，我们(men)需要的暗物质大约是(shì)普通(tōng)物质的5倍。这个(gè)数字与解释(shì)星系当(dāng)中恒星运动(dòng)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(de)理论(lùn)框架，就(jiù)很好(hǎo)地解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们不(bù)参与任何其(qí)他的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已经(jīng)提出了数十(shí)种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找这(zhè)些不(bù)同的(de)目(mù)标粒(lì)子所需要的(de)实验方式(shì)也不(bù)相同。在过去的(de)几十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸(mō)不(bù)到，几乎不会与常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却(què)没有任(rèn)何实质性的发现(xiàn)，除(chú)了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球上最大(dà)的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三(sān)层楼(lóu)高的探(tàn)测(cè)器，一直(zhí)致力于寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的(de)周期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科(kē)学家声称观测到(dào)了某种信号。经(jīng)过(guò)了20多年的数(shù)据收集(jí)，人(rén)们(men)发现了一个有趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会在每(měi)年(nián)的6月(yuè)份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年都(dōu)是(shì)一样。一些科(kē)学家认为这可能是(shì)人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个直(zhí)接证据。

但是为什(shén)么暗(àn)物质会产(chǎn)生周期性的年(nián)度信号呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正(zhèng)在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着银河(hé)系进(jìn)行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我(wǒ)们也在以这(zhè)样的速度在(zài)穿越(yuè)着暗物质流，这个(gè)过程(chéng)中会产生相(xiāng)应(yīng)的(de)振荡，同(tóng)时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间(jiān)，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一(yī)致(zhì)的，而另外半(bàn)年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一(yī)致，这是理论上地球(qiú)穿越暗(àn)物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可(kě)以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号(hào)。当然(rán)也可能有(yǒu)其(qí)他的情(qíng)况，造成(chéng)这种年度周期信号的(de)差异也可能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量(liàng)也符合这个周(zhōu)期的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在南半球建(jiàn)立(lì)了(le)一个几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室，这(zhè)里的季节与之前的(de)实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在(zài)的非常(cháng)有(yǒu)力的证(zhèng)据(jù)了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提供(gōng)相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视场仪(yí)器提供的(de)视野是哈勃(bó)红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥(ào)秘，对于探(tàn)测的结(jié)果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有另一种神(shén)秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞生，或者(zhě)说是生命(mìng)进化的一(yī)个重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到进(jìn)一步的证实，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落(luò)的行(xíng)星上，暗物(wù)质正在通过这(zhè)样的效应(yīng)创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质存(cún)在的实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新(xīn)的(de)动力！

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