宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？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(zài)的证据，科学家(jiā)们在过去的几十年当中进行了(le)超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却没有发现任(rèn)何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的(de)自(zì)然哲(zhé)学数(shù)学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后(hòu)的几百(bǎi)年来(lái)，当天(tiān)文学(xué)家们发现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨(guǐ)道(dào)出现(xiàn)异常，不符合万有引(yǐn)力定(dìng)律的(de)时候，他们(men)就会知道(dào)，周围一(yī)定(dìng)有未知(zhī)的(de)天体通过(guò)引力在摄动(dòng)它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的发现都是(shì)应用万(wàn)有引力定律所取得重大天(tiān)文成就的例子(zi)。但(dàn)是这(zhè)些发现(xiàn)都是在恒星系统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到星系或者是(shì)星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系(xì)团(tuán)的质量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的(de)巨(jù)大星(xīng)系团(tuán)，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般(bān)会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确定其质量(liàng)的范围。

第(dì)一(yī)种是获得其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需要(yào)的数据是测量(liàng)各个(gè)星系的光度。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量(liàng)星系团中的(de)各个星(xīng)系(xì)相对于星系团的运动速度。当测量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然是(shì)“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了(le)，或(huò)者说(shuō)这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在(zài)测量(liàng)速(sù)度的(de)过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很(hěn)多(duō)星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所(suǒ)产(chǎn)生的引(yǐn)力是无法将(jiāng)它们(men)束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神(shén)秘(mì)的力(lì)量在起作(zuò)用，这(zhè)种力量(liàng)来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝(jué)大部(bù)分(fēn)的质(zhì)量(liàng)。只(zhǐ)是(shì)当(dāng)时(shí)的人们对这样的(de)一种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再(zài)一次出(chū)现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论(lùn)上来说(shuō)，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速(sù)度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可(kě)思议。

随着(zhe)与中心距(jù)离(lí)的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的(de)恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科(kē)学家们会使用一(yī)种相(xiāng)对标(biāo)准的方法来解释暗物(wù)质的(de)存在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气体在X轴上(shàng)距(jù)离星系中心(xīn)的距(jù)离(lí)，以及在Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认(rèn)为(wèi)是由(yóu)暗物质的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科学家们(men)通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中(zhōng)心(xīn)更远距(jù)离的氢元(yuán)素(sù)，发现(xiàn)它(tā)们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离银(yín)河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根(gēn)据(jù)万有引力定律进行计算，太阳系的运行速(sù)度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实(shí)际(jì)速度远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的原因很(hěn)可能(néng)就(jiù)是(shì)存在着一种我们看不到的(de)物质值勤执勤的区别，值勤跟执勤的区别(zhì)，是这(zhè)些(xiē)暗物质的(de)引力效应将星系(xì)聚集在了(le)一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信(xìn)暗物质(zhì)的(de)存在(zài)。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度(dù)，估(gū)算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个(gè)现象的原(yuán)因。在一(yī)项新的研(yán)究(jiū)当中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但(dàn)是星系当(dāng)中(zhōng)存(cún)在的恒星数量却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学家(jiā)们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了(le)40个(gè)小(xiǎo)时的详细(xì)测量之后(hòu)，发现星系中的恒(héng)星运(yùn)动(dòng)是可以(yǐ)用正常(cháng)的(de)物(wù)质和力学(xué)定律来解释的。那么(me)又(yòu)有人(rén)提出，也许该星系的暗(àn)物(wù)质(zhì)，已经被附近(jìn)的另一(yī)个大星系剥离了(le)。奇怪(guài)的(de)是，它的(de)附(fù)近没(méi)有任何星系存(cún)在。造成这些(xiē)现象(xiàng)的(de)除了暗(àn)物质(zhì)的假说之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能就(jiù)是人类(lèi)对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能(néng)在不(bù)同尺(chǐ)度空间中的工(gōng)作方式是不同的(de)，这意味着在行星系(xì)尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式运动。但是(shì)上升到星系(xì)和星团的(de)尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是不(bù)同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部(bù)场(chǎng)效应的概念，指的是在数(shù)百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊(shū)的效(xiào)果，这个(gè)理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这(zhè)意味着我们(men)需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗(àn)物(wù)质假说理论就此终结(jié)。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于(yú)暗物质存在(zài)的(de)其他的(de)理论(lùn)证据(jù)，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类(lèi)似(shì)这(zhè)样的(de)星(xīng)团，它们(men)大部(bù)分的(de)普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用就会导致(zhì)温度的急剧升(shēng)高，速度大(dà)幅降低。所(suǒ)以在(zài)理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这些气体所在的中间(jiān)区(qū)域。那(nà)么我们通过什么(me)来验证它(tā)的(de)质(zhì)量区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在照(zhào)片中我(wǒ)们可以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其(qí)实这(zhè)些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望(wàng)远镜出了(le)什(shén)么问题，而是(shì)这样极(jí)遥远的天(tiān)体和我们地球上的观测(cè)者值勤执勤的区别，值勤跟执勤的区别之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的(de)光都发(fā)生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人们(men)对(duì)子弹星(xīng)系团观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域并不(bù)是在中间(jiān)，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方法就是当星(xīng)团发生(shēng)全部(bù)的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域(yù)，并在(zài)两边(biān)形成了引力透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团(tuán)的引力(lì)透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年(nián)之(zhī)后(hòu)，可(kě)见(jiàn)光(guāng)终于可以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下(xià)了各(gè)相同性(xìng)的(de)微波辐射(shè)。其中红色(sè)的部分表示温(wēn)度较高(gāo)的区域(yù)，蓝色则表示(shì)相对较冷的区(qū)域(yù)，但实际(jì)上它们(men)之间的(de)温差只有万分(fēn)之一。

科学(xué)家们通过对前景(jǐng)背景(jǐng)分离后的(de)二值图像进行连通(tōng)域提(tí)取和(hé)标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不应(yīng)该(gāi)是(shì)这样的，而(ér)随着暗(àn)物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和谐”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射(shè)的(de)测量值，我们需要(yào)的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释(shì)星系当中恒(héng)星运动所需要的暗(àn)物(wù)质比例(lì)是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的(de)理(lǐ)论框(kuāng)架(jià)，就很好地解释了很多不(bù)同(tóng)的观测(cè)结果。而暗(àn)物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着(zhe)某种(zhǒng)类(lèi)型的(de)粒子(zi)，它们不参(cān)与(yǔ)任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的实(shí)际(jì)证据。这种粒子到底是什么(me)？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所需要的(de)实验方式也不(bù)相同。在过去的(de)几十年(nián)当(dāng)中，人类为(wèi)了(le)寻找(zhǎo)这些看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不会与常规(guī)物质相(xiāng)互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超(chāo)过(guò)50次的(de)实(shí)验，却没(méi)有(yǒu)任何(hé)实质性的发(fā)现，除了一个地(dì)方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地(dì)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(cè)器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科(kē)学家声称观测到了某种信号。经过了(le)20多(duō)年(nián)的数据收集，人们发现(xiàn)了(le)一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会在(zài)每年(nián)的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到(dào)最(zuì)低，而且在20年当中每年(nián)都是一样。一些科学(xué)家认为这可能是(shì)人类发现暗(àn)物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性的年度(dù)信号呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速度在穿(chuān)越(yuè)着暗(àn)物质流，这个过程中会(huì)产生相应的振(zhèn)荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕太(tài)阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，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，而(ér)另外半年则(zé)与之(zhī)相反。

而(ér)在6月(yuè)份(fèn)的时候(hòu)，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到(dào)完全一致，这(zhè)是(shì)理论上地(dì)球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银河系(xì)的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个(gè)理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认为这(zhè)可以用来解(jiě)释，研究人员(yuán)们所观(guān)测(cè)到的周期性信号。当(dāng)然也(yě)可(kě)能(néng)有其(qí)他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差异也可能是温(wēn)度(dù)、湿(shī)度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游客的数量也(yě)符合这(zhè)个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又在南(nán)半球建立了一(yī)个几乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这(zhè)里的季节与之前(qián)的(de)实验(yàn)室正(zhèng)好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流的运动特征(zhēng)和(hé)第一个实验(yàn)室是一样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但是由于这个(gè)实(shí)验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截(jié)至目前还无(wú)法提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提(tí)供(gōng)的(de)视野(yě)是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗(luó)曼太空望(wàng)远镜(jìng)其(qí)中一个关(guān)键的用途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实(shí)验(yàn)室粒子天(tiān)体物理中心的科(kē)学家丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研究(jiū)发(fā)现，如果(guǒ)暗物(wù)质存(cún)在，它们极(jí)有可能拥有另(lìng)一(yī)种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因(yīn)素(sù)。

如(rú)果(guǒ)这(zhè)一理(lǐ)论得(dé)到进(jìn)一(yī)步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物(wù)质会不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的(de)效应创造生命。当然(rán)，这(zhè)些推论的(de)大(dà)前提(tí)是要先(xiān)找到暗物质存在的实际证据。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到(dào)底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动(dòng)力！

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