宇宙是“人为制(zhì)造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什(shén)么？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗物(wù)质(zhì)存在的证据(jù)，科学家(jiā)们在过(guò)去的(de)几十年(nián)当中进行了(le)超过50次(cì)的长期(qī)实验，但是却没(méi)有发现任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除了(le)一个地(dì)方，在1687年出版的自(zì)然哲学数(shù)学原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿(dùn)发表(biǎo)了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动(dòng)的规律。往(wǎng)后的(de)几百年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的(de)时(shí)候，他(tā)们就(jiù)会知(zhī)道，周围一(yī)定(dìng)有未知的天体通过引(yǐn)力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道(dào)的异常，推算(suàn)并且发(fā)现了海(hǎi)王星的(de)存(cún)在(zài)。另(lìng)外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有(yǒu)引力定律所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但(dàn)是这些(xiē)发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可(kě)当我(wǒ)们(men)上升(shēng)到星(xīng)系或者(zhě)是星团的(de)尺度(dù)，事情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在(zài)研究和测量(liàng)后发星系团(tuán)的(de)质量。这是一个由数(shù)千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会(huì)使用到(dào)两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱(pǔ)红移测量星系团中的各(gè)个星系相对(duì)于星系团的运动速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见光的形式所存在(zài)，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团中很多星系的速度(dù)比(bǐ)理论上要(yào)快得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可见星系(xì)的质量所产生的引力是无法将它们(men)束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被(bèi)抛(pāo)出星系(xì)团(tuán)之外了，除非(fēi)有一种神(shén)秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的暗质，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的质(zhì)量。只是当时的(de)人们对这(zhè)样的(de)一种说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上的运行速度就会(huì)越慢(màn)。但是他们观测的结(jié)果却让人感到(dào)不可(kě)思议。

随着与中心距(jù)离的(de)增加(jiā)，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果没有足够(gòu)大的(de)质量来吸引它们，这些外(wài)围的(de)恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学(xué)家们会使用一种(zhǒng)相对(duì)标(biāo)准的方法来(lái)解释暗(àn)物质(zhì)的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测量(liàng)星系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中(zhōng)心的距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是(shì)由暗(àn)物质的力量进入(rù)其中(zhōng)。

于是科学(xué)家们通过(guò)射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它(tā)们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的(de)第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计(jì)算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度(dù)远远大于(yú)理论(lùn)速度(dù)，那么产生以上(shàng)这种向心(xīn)加(jiā)速度的原因很(hěn)可能就是存在着一种我们看不到(dào)的物(wù)质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集(jí)在(zài)了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研究(jiū)人员(yuán)开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估(gū)算在星系当中暗(àn)物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项新的研究当中(zhōng)，科(kē)学(xué)家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系(xì)不多，但是星系当中存(cún)在的恒星(xīng)数(shù)量却(què)只有银河系的(de)千分之(zhī)一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析。但是(shì)科(kē)学(xué)家们(men)使用最(zuì)先进的望(wàng)远镜对其(qí)进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可(kě)以(yǐ)用(yòng)正常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提(tí)出，也许该(gāi)星系的暗(àn)物质，已经被(bèi)附近(jìn)的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的(de)是，它的(de)附(fù)近(jìn)没有任何星(xīng)系存在(zài)。造成这(zhè)些现象的除了暗物质(zhì)的(de)假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还(hái)不够全面，引力很(hěn)可(kě)能在不(bù)同尺(chǐ)度(dù)空间(jiān)中(zhōng)的工作(zuò)方(fāng)式是不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和(hé)星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团之间的(de)相互作用，科学家(jiā)还引入了外部场效应(yīng)的(de)概念，指的(de)是在(zài)数百万光年(nián)的规模(mó)上，巨大(dà)的质(zhì)量之间会产(chǎn)生对(duì)彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理定律进(jìn)行修正，这些发现也让很多(duō)人认(rèn)为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就此(cǐ)终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还(hái)有关于暗(àn)物质存在的其(qí)他(tā)的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组(zǔ)成，类似这样的(de)星团(tuán)，它(tā)们大部分的普通(tōng)质量都(dōu)在(zài)星系的(de)气体当中。当(dāng)星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所(suǒ)有(yǒu)这些气体所(suǒ)在的(de)中(zhōng)间区域。那么(me)我们通过什么来验证(zhèng)它的质(zhì)量区(qū)域到底是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中第一(yī)张全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片中我(wǒ)鲨鱼裤和打底裤什么区别，鲨鱼裤跟打底有什么区别们可以明(míng)显(xiǎn)地看到(dào)很多星系(xì)似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系(xì)本身(shēn)并不是真(zhēn)的(de)被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出(chū)了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地(dì)球上的观测者之间(jiān)。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系(xì)的光都(dōu)发(fā)生了(le)扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是超大(dà)质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是暗(àn)物质(zhì)。

所以当人(rén)们对子弹星(xīng)系团观(guān)测(cè)的时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好的解(jiě)释方法(fǎ)就(jiù)是当星(xīng)团发生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个(gè)区域(yù)，并在两边形成了(le)引力透镜。对(duì)子弹星系(xì)团(tuán)的引力(lì)透(tòu)镜(jìng)研究也被认为是暗物质(zhì)存在(zài)的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后，这(zhè)些光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上(shàng)留下了(le)各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较(jiào)高(gāo)的区(qū)域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域(yù)，但(dàn)实际上它们之间的温差(chà)只有万分之一。

科学家们(men)通(tōng)过对(duì)前(qián)景背景(jǐng)分离后(hòu)的二值图(tú)像进行连通(tōng)域提(tí)取和标(biāo)记之后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随着(zhe)暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的(de)测量值，我们需要(yào)的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例(lì)是(shì)一致(zhì)的。这(zhè)就(jiù)意味着。

用(yòng)了一个简单的(de)理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多(duō)不同的观(guān)测结果。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某(mǒu)种类型的粒子，它(tā)们不参(cān)与(yǔ)任(rèn)何(hé)其他的电(diàn)磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就(jiù)相当于(yú)找到了(le)暗物质存(cún)在的实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子到底是什(shén)么？科学家们(men)已经提出了数(shù)十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒(lì)子所需(xū)要的(de)实(shí)验方式也不(bù)相同。在(zài)过去的(de)几十(shí)年(nián)当中，人类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸不到(dào)，几乎(hū)不会与常规(guī)物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行(xíng)了超(chāo)过50次的(de)实验，却没有任何(hé)实质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直(zhí)致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒(lì)子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过了(le)20多年的数(shù)据收集，人们发(fā)现(xiàn)了一个有趣的(de)事情。探(tàn)测率会在每年的6月份(fèn)达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当(dāng)中每(měi)年都是(shì)一样(yàng)。一些科(kē)学家(jiā)认(rèn)为这可(kě)能是(shì)人类发现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗(àn)物(wù)质会产(chǎn)生(shēng)周(zhōu)期性的(de)年(nián)度信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲(jiǎng)了(le)太阳(yáng)系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕着银河(hé)系(xì)进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们(men)也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会产生相(xiāng)应的(de)振荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的(de)速(sù)度围绕太(tài)阳进行旋转。所(suǒ)以有半年(nián)的时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的(de)方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而(ér)另外(wài)半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到完全(quán)一(yī)致(zhì)，这是理论上地(dì)球穿越(yuè)暗物质流最快的(de)时段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际(jì)的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳(yáng)系(xì)相对银河系(xì)的平面呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是(shì)这并不影(yǐng)响这个(gè)理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解释，研(yán)究人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然(rán)也可能有其他(tā)的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符合这(zhè)个周期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与(yǔ)之前的(de)实验室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流的运(yùn)动特征和第一(yī)个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号(hào)，就可以成为(wèi)暗物质所存(cún)在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由(yóu)于(yú)这个(gè)实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还(hái)无法(fǎ)提(tí)供(gōng)相应(yīng)的数(shù)据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜(jìng)，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的宽视(shì)场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的(de)用途就是(shì)探(tàn)索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实(shí)验室(shì)粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有鲨鱼裤和打底裤什么区别，鲨鱼裤跟打底有什么区别另一种神(shén)秘(mì)的效应，这种暗(àn)物质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的(de)证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味(wèi)着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个(gè)角(jiǎo)落的行星上，暗(àn)物质(zhì)正在通(tōng)过这样(yàng)的效应创(chuàng)造生(shēng)命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先找到暗(àn)物质存在的(de)实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新的动(dòng)力！

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