宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造”的？为何会(huì)存(cún)在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是(shì)什么(me)？人类为了(le)寻找暗物质存在(zài)的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年当中进行了超过50次(cì)的长期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发现任何(hé)的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一个地(dì)方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然哲学数(shù)学原理一书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文学家们(men)发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有(yǒu)未知(zhī)的天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过(guò)天王星运(yùn)行轨道(dào)的异常，推(tuī)算并(bìng)且发(fā)现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的(de)发现(xiàn)都是应(yīng)用(yòng)万有引力(lì)定(dìng)律所取(qǔ)得重大天文(wén)成就的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可当我们上(shàng)升到星(xīng)系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星系(xì)所(suǒ)组成的(de)巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系(xì)团的(de)质(zhì)量一(yī)般会使用到两种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就(jiù)可以确定(dìng)其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量(liàng)的(de)计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所存在(zài)，我们无法看到(dào)。最诡异的(de)是(shì)，在(zài)测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发(fā)现星系团中很多星(xīng)系(xì)的速度比理论上要(yào)快(kuài)得多，按(àn)照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的引力是无(wú)法将(jiāng)它们束缚在(zài)星(xīng)系团内的，它们(men)早(zǎo)就应该被抛出(chū)星系(xì)团之(zhī)外了(le)，除(chú)非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了(le)这样(yàng)部(bù)分不可见的暗质，它不(bù)发(fā)散光、吸光(guāng)、反射光，但是(shì)它(tā)们却(què)占据着(zhe)宇宙中绝大(dà)部分(fēn)的(de)质量(liàng)。只是当时的人(rén)们对这样的一种说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座(zuò)星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的(de)运行速(sù)度就会越慢(màn)。但是(shì)他(tā)们观测的结果却(què)让(ràng)人感(gǎn)到不(bù)可思议。

随(suí)着与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没(méi)有(yǒu)足(zú)够大的(de)质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用一种相对(duì)标准的(de)方法来解释(shì)暗物(wù)质的(de)存在，这(zhè)种方法就是(shì)测量星(xīng)系当中气(qì)体在X轴上(shàng)距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度(dù)并不(bù)符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不(bù)例外(wài)，太阳系位于银河系(xì)的第三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际锻炼身体的练是哪个练字，锻练与锻炼有什么区别锻上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的(de)速(sù)度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论速度，那么(me)产生以上这种向心(xīn)加速(sù)度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力(lì)效应(yīng)将星(xīng)系(xì)聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研究(jiū)人员开(kāi)始相信暗物(wù)质的存(cún)在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在(zài)星(xīng)系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这(zhè)个现象(xiàng)的原(yuán)因。在(zài)一(yī)项新的研(yán)究当中(zhōng)，科学(xué)家们发(fā)现(xiàn)，几(jǐ)乎(hū)没有引力(lì)效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会出(chū)现速度上的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中存在(zài)的(de)恒星数量却(què)只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论(lùn)上，该星系(xì)必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩(bēng)离(lí)析。但是(shì)科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对(duì)其(qí)进行了40个小时的详细测(cè)量之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)是可以用(yòng)正(zhèng)常的物质和(hé)力学定律(lǜ)来(lái)解释的。那么又有人提出，也(yě)许(xǔ)该星系的暗(àn)物质，已(yǐ)经被附(fù)近的另一(yī)个大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是，它的(de)附近没有任(rèn)何星系存在。造(zào)成这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道(dào)，按照(zhào)我们所理解的方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间的相互作用则是(shì)不同的方式(shì)。对(duì)于在星系(xì)团之间的相(xiāng)互作用，科(kē)学家还引入(rù)了外(wài)部场效应的(de)概念，指的是在数百万光年(nián)的规模(mó)上，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会产生(shēng)对彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这(zhè)个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)我们需要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发(fā)现也(yě)让很多人认为暗物(wù)质(zhì)假说理论就此(cǐ)终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存(cún)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(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年(nián)的子(zi)弹星系团，由(yóu)两个碰撞的(de)星系团(tuán)所组成，类似这(zhè)样的(de)星团，它们大部分的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际气体的(de)相(xiāng)互作用就会导致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将(jiāng)位锻炼身体的练是哪个练字，锻练与锻炼有什么区别锻(wèi)于所有这些气(qì)体所在的(de)中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们(men)通过什么来验证它的质(zhì)量区域(yù)到底是不是(shì)集中在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回(huí)了宇宙当中第一(yī)张全彩的(de)高清照片，在(zài)照片中我们可以明显(xiǎn)地看到(dào)很多星系似(shì)乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题，而是这样(yàng)极遥(yáo)远(yuǎn)的(de)天体(tǐ)和(hé)我们地球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨(jù)大(dà)的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东(dōng)西(xī)的引力，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光(guāng)都发生了(le)扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质(zhì)量的(de)黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们(men)对子弹(dàn)星系团观测的时候，发(fā)现(xiàn)它(tā)的大质量(liàng)区域(yù)并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观(guān)测到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则(zé)直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研(yán)究也(yě)被认为是(shì)暗物质存在(zài)的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自宇宙当(dāng)中最古老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了(le)各相(xiāng)同性的微波辐(fú)射。其中红色的部分表示温(wēn)度较(jiào)高的区域，蓝色则(zé)表示(shì)相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差(chà)只有万分之一。

科学家们通过(guò)对(duì)前景背景分离后的(de)二值图像(xiàng)进行连通(tōng)域(yù)提取(qǔ)和标(biāo)记之后发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物质，图(tú)形看起(qǐ)来不应(yīng)该是这样的(de)，而随着(zhe)暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背(bèi)景(jǐng)辐(fú)射(shè)的测量值，我们需要的(de)暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解释星系当(dāng)中恒(héng)星(xīng)运动所需要的暗物质(zhì)比例是一(yī)致的。这(zhè)就意味着。

用了一个(gè)简单的理(lǐ)论(lùn)框架(jià)，就很好(hǎo)地解释了(le)很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的(de)本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它们不参与任(rèn)何其他的(de)电磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来相(xiāng)互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒(lì)子(zi)的存在，就相(xiāng)当于找到了(le)暗物质(zhì)存在的实(shí)际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目(mù)标，而(ér)要(yào)寻找这些(xiē)不(bù)同的(de)目标粒子所需要(yào)的实验方式也不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类为了(le)寻(xún)找这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物(wù)质相互作用(yòng)的“暗(àn)物质(zhì)”，科(kē)学家(jiā)们已经进行了超(chāo)过50次(cì)的实(shí)验，却没有任何实质(zhì)性的发(fā)现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层(céng)楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子(zi)的(de)周期性(xìng)震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科(kē)学家(jiā)声称观测(cè)到(dào)了某(mǒu)种信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们(men)发现了(le)一个有趣的事情(qíng)。探(tàn)测率会在(zài)每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是(shì)一样。一(yī)些(xiē)科学(xué)家认为(wèi)这可能是(shì)人类发现暗物质(zhì)的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产(chǎn)生周期性(xìng)的(de)年(nián)度(dù)信号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围(wéi)绕着银(yín)河系(xì)进行(xíng)移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意(yì)味着我们也在(zài)以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳(yáng)的方向与太阳环(huán)绕银河系的方(fāng)向是一(yī)致的，而另外(wài)半年(nián)则(zé)与之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的(de)时候，地球与太阳的(de)方(fāng)向正好达到完全一(yī)致(zhì)，这(zhè)是(shì)理(lǐ)论上地球(qiú)穿(chuān)越暗物质(zhì)流最快的时(shí)段。而(ér)在11月(yuè)份(fèn)，又(yòu)恰(qià)好达(dá)到了最(zuì)慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河(hé)系(xì)的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这(zhè)个理论的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为(wèi)这可以用来解(jiě)释(shì)，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其(qí)他的情况，造(zào)成这种年度(dù)周(zhōu)期信(xìn)号的差异也可能是温度(dù)、湿(shī)度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至(zhì)连意大(dà)利游客的数(shù)量也(yě)符合这个周期的(de)规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学(xué)家们(men)又(yòu)在南半(bàn)球建立了一(yī)个几乎相同的(de)实验室(shì)，这里的季节与之前(qián)的实(shí)验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球(qiú)穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一个(gè)实(shí)验室(shì)是一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里可(kě)以得到相同的信(xìn)号，就(jiù)可(kě)以成(chéng)为暗物质所存在的非常有(yǒu)力(lì)的证据了。但是(shì)由于这个实(shí)验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前(qián)还无法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的望远镜，这(zhè)台(tái)太(tài)空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提(tí)供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天(tiān)体物(wù)理中心的科学家(jiā)丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极(jí)有(yǒu)可能(néng)拥(yōng)有另一种神秘的(de)效应，这种暗物质(zhì)效应，会支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或(huò)者说是生命进化的(de)一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一理论得到进一步的(de)证实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的(de)暗物质会不会意味着人类并(bìng)不孤(gū)单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落(luò)的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过这(zhè)样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是(shì)要(yào)先找到(dào)暗物(wù)质存在的(de)实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底(dǐ)存(cún)不存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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