宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类(lèi)为了寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物质存(cún)在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过去的(de)几十(shí)年当(dāng)中(zhōng)进(jìn)行了(le)超过50次的长期(qī)实验，但是却没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数(shù)学原理一(yī)书中，埃萨克(kè)牛顿发表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的几百年(nián)来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力定律的时(shí)候，他们(men)就会知道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的天体(tǐ)通过引力在摄(shè)动(dòng)它的轨(guǐ)道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过(guò)天王星运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所(suǒ)取得(dé)重大(dà)天文成就(jiù)的例子。但是这些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可(kě)当我们上(shàng)升到星系或(huò)者是星团的(de)尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹(zī)威基正在研(yán)究和测量后发(fā)星系团的(de)质量。这(zhè)是一个由数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系(xì)被(bèi)引力束(shù)缚在一起。测(cè)量(liàng)星系团的质量一般会(huì)使用到两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第(dì)一种是获(huò)得其"光(guāng)度(dù)学的质量(liàng)"，需要(yào)的数据是测量各个星系(xì)的(de)光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中(zhōng)的(de)各(gè)个(gè)星系相对(duì)于星系团的运动速度。当测量结(jié)果出(chū)来(lái)之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者(zhě)说这99%的(de)质量并不以可(kě)见(jiàn)光(guāng)的形式所存在，我们(me顶的速度越来越快越叫的原因n)无法看到(dào)。最诡异的是(shì)，在测量速(sù)度的(de)过程中，兹威基(jī)发现星系团(tuán)中很多星系的速度比理论上(shàng)要快得多，按(àn)照牛(niú)顿的运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这(zhè)些(xiē)可见(jiàn)星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的(de)，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之外了(le)，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提出(chū)了(le)这样(yàng)部(bù)分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们(men)却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的人们(men)对这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个(gè)词(cí)才再一次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离(lí)中心越(yuè)远的恒(héng)星(xīng)在其轨道(dào)上(shàng)的运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但是他们观测的结果却让人感到(dào)不(bù)可(kě)思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不(bù)变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系(xì)当中如果没(méi)有足够大的(de)质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象，科(kē)学家们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标准的方法来(lái)解释暗物质(zhì)的(de)存(cún)在，这(zhè)种方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通(tōng)过射(shè)电望远镜测量了距(jù)离(lí)星系中心更远(yuǎn)距离(lí)的(de)氢(qīng)元素(sù)，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度并不符合(hé)牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我们(men)的(de)太阳系也(yě)不(bù)例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离银河(hé)系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳(yáng)系的运(yùn)行(xíng)速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上这(zhè)种向心加速度(dù)的(de)原因很(hěn)可能就(jiù)是存(cún)在着一种我们看不到的(de)物质，是这些暗物质的(de)引力效应将星(xīng)系(xì)聚集(jí)在了(le)一起。

也是从这时(shí)开始，越来(lái)越(yuè)多的研究人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的(de)存(cún)在。科(kē)学家(jiā)根据(jù)星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物质的质量占整(zhěng)个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是(shì)唯一可以解(jiě)释这(zhè)个现象的原因。在一项(xiàng)新的(de)研(yán)究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发(fā)现(xiàn)了一个反(fǎn)常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河(hé)系不多，但(dàn)是星(xīng)系(xì)当中存在(zài)的恒(héng)星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论(lùn)上(shàng)，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科(kē)学家(jiā)们(men)使用最(zuì)先(xiān)进(jìn)的望(wàng)远镜对其进行了(le)40个小时(shí)的详(xiáng)细测量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近(jìn)的另一个(gè)大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的(de)附(fù)近没有(yǒu)任何星系存在。造成(chéng)这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗物质的(de)假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是(shì)人类对(duì)引力的理(lǐ)解还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它(tā)们(men)的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系(xì)和星团的尺度，引力(lì)之(zhī)间的相互作用(yòng)则是不同的方式。对于在(zài)星系团(tuán)之间的(de)相互(hù)作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的(de)是在数(shù)百万光(guāng)年的规模(mó)上(shàng)，巨大的质量之间(jiān)会产生对(duì)彼此特殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理(lǐ)定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗(àn)物质假说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的(de)其他(tā)的理论(lùn)证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的(de)子(zi)弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部(bù)分(fēn)的普通质(zhì)量都在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互(hù)作用就会导(dǎo)致温(wēn)度的(de)急剧升高，速(sù)度大幅(fú)降低。所以在(zài)理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将(jiāng)位于所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那(nà)么我们通过什么来验证它的质量(liàng)区域到底(dǐ)是不是(shì)集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第(dì)一张全彩的(de)高清照(zhào)片，在照片(piàn)中我们(men)可(kě)以明显(xiǎn)地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了(le)巨(jù)大的形(xíng)变。其(qí)实这些星系本身并不(bù)是真的(de)被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样(yàng)极遥远的天(tiān)体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的(de)天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大质量(liàng)的东(dōng)西(xī)的引力，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲(qū)。这个(gè)现象(xiàng)就是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大(dà)质量的黑洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所以当(dāng)人们对子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团观测的时候，发现它(tā)的(de)大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释(shì)方法就是(shì)当(dāng)星团发(fā)生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接(jiē)通过了这个(gè)区域，并(bìng)在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗(àn)物质存在的迄(qì)今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年(nián)之后，这些(xiē)光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色(sè)的(de)部分表示(shì)温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万分之一。

科学(xué)家(jiā)们通过对(duì)前(qián)景背景分离(lí)后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起(qǐ)来(lái)不应该(gāi)是(shì)这样(yàng)的(de)，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波背景辐(fú)射的测量值(zhí)，我们需要(yào)的(de)暗(àn)物质(zhì)大约是普通物质的(de)5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需要的(de)暗物质(zhì)比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解(jiě)释(shì)了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物(wù)质的(de)本(běn)质就是宇宙当中(zhōng)存(cún)在着某种类型的粒子(zi)，它们(men)不参与任(rèn)何其(qí)他(tā)的电磁(cí)作用(yòng)，只通(tōng)过引力(lì)来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。这种粒(lì)子到(dào)底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了(le)数十(shí)种的假想目标(biāo)，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同(tóng)。在(zài)过去的几十年当中(zhōng)，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不(bù)到(dào)，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们(men)已(yǐ)经进行了(le)超过50次的实验(yàn)，却没有任(rèn)何(hé)实质(zhì)性的发现，除(chú)了一(yī)个地方，意(yì)大利(lì)的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最(zuì)大的(de)地学实验室(shì)，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒(lì)子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的(de)科学家(jiā)声(shēng)称观测到(dào)了(le)某(mǒu)种信号。经过了20多年的数(shù)据收集(jí)，人们(men)发(fā)现了(le)一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探(tàn)测(cè)率会在(zài)每年(nián)的6月份(fèn)达到(dào)峰值，然(rán)后(hòu)在(zài)11月降到最低，而且在(zài)20年当中每顶的速度越来越快越叫的原因年都是(shì)一(yī)样(yàng)。一些(xiē)科学家认为这(zhè)可能(néng)是人类发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是(shì)为什么暗物质(zhì)会产生周期性的(de)年度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的(de)速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个(gè)过(guò)程中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半(bàn)年的(de)时(shí)间，地(dì)球围绕太(tài)阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半(bàn)年(nián)则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月份的时候(hòu)，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论(lùn)上地球(qiú)穿越暗(àn)物质(zhì)流最快(kuài)的时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到了(le)最慢值。尽管在实(shí)际(jì)的情(qíng)况中，太(tài)阳系相对银河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个(gè)理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们(men)所观测到的周期性信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这种年(nián)度周(zhōu)期信(xìn)号的差异也可(kě)能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的(de)积(jī)雪，甚至(zhì)连意大利游客的数(shù)量也符(fú)合这个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一个(gè)几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这里的季(jì)节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过暗物(wù)质流的运(yùn)动特(tè)征和第一个(gè)实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这里可(kě)以(yǐ)得(dé)到相同的信号，就可(kě)以(yǐ)成(chéng)为暗物(wù)质所存(cún)在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验室(shì)刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还(hái)无法提供(gōng)相应的(de)数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它(tā)的宽视场仪器提(tí)供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中(zhōng)一个关(guān)键(jiàn)的用途就是探(tàn)索(suǒ)暗物质(zhì)背后的(de)奥秘，对于探测(cè)的结果，我(wǒ)们(men)只能(néng)拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可(kě)能(néng)拥有另一种神(shén)秘(mì)的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命(mìng)进(jìn)化的一个(gè)重(zhòng)要(yào)因(yīn)素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意(yì)味着(zhe)人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)某个(gè)角落的行星上，暗物(wù)质正在通(tōng)过(guò)这样(yàng)的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。那(nà)么(me)小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存(cún)不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的动(dòng)力(lì)！

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