宇宙是“人为制(zhì)造”的？为(wèi)何会(huì)存(cún)在科学无(wú)法解释的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟(jìng)是什(shén)么(me)？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次(cì)的长期实(shí)验，但是却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除(chú)了(le)一个(gè)地(dì)方(fāng)，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿发表了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后(hòu)的几百年来，当天文学家(jiā)们发现(xiàn)某些(xiē)天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合(hé)万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就(jiù)通过天王星(xīng)运行轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并且发现了海(hǎi)王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万(wàn)有引力定(dìng)律所(suǒ)取得重大天文成(chéng)就的例子(zi)。但是这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星系或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开(kāi)始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研究和(hé)测(cè)量后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数(shù)千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这些(xiē)星系被(bèi)引(yǐn)力(lì)束缚在一(yī)起。测(cè)量星(xīng)系团(tuán)的质量(liàng)一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方法结果一(yī)致，就可以(yǐ)确定其质量的(de)范(fàn)围。

第一种是(shì)获得其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需(xū)要的(de)数据是测(cè)量各个星(xīng)系的(de)光(guāng)度。

第二种是动(dòng)力学质量的(de)计算(suàn)，是利(lì)用光谱红移(yí)测量星系团中(zhōng)的各个星系相对(duì)于星(xīng)系团(tuán)的(de)运动速度。当测(cè)量结果出(chū)来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这(zhè)意(yì)味着，后(hòu)发座星系(xì)团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失了，或者说(shuō)这99%的(de)质量并不以可(kě)见光的形(xíng)式所存(cún)在(zài)，我们无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是，在(zài)测量(liàng)速(sù)度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星(xīng)系的速度(dù)比理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的(de)引(yǐn)力是无法将它们(men)束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系团之外了，除(chú)非有(yǒu)一(yī)种神秘的(de)力量在起(qǐ)作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的(de)物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出了这样部(bù)分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样(yàng)的一种说法(fǎ)不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离(lí)中心越远的恒(héng)星在其轨道(dào)上(shàng)的运(yùn)行速(sù)度(dù)就会越(yuè)慢(màn)。但是他们观(guān)测的结果却让人感到(dào)不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几乎保持(chí)不(bù)变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律(lǜ)，在(zài)星系当(dāng)中如果没有足够大的质量(liàng)来吸(xī)引它们(men)，这些(xiē)外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用一种相对标准的方法来解释暗(àn)物质的存(cún)在，这种方(fāng)法就是测(cè)量(liàng)星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋(xuán)转速度(dù)。如果出(chū)现异常的结果，就认为是(shì)由暗(àn)物(wù)质(zhì)的力(lì)量(liàng)进入其(qí)中。

于(yú)是科学家(jiā)们通过射(shè)电(diàn)望远镜测量(liàng)了距离星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们(men)的(de)旋转速度并不(bù)符(fú)合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位(wèi)于银河系的第(dì)三悬臂之(zhī)上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速(sù)度应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际(jì)上(shàng)，太阳(yáng)系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系(xì)旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论(lùn)速度，那(nà)么(me)产生(shēng)以上这种向心加速度的原因(yīn)很可能(néng)就(jiù)是存在(zài)着一种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研(yán)究人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物(wù)质的存在(zài)。科学(xué)家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度(dù)，估算在星系当中(zhōng)暗(àn)物质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是(shì)唯一可(kě)以(yǐ)解(jiě)释这个现(xiàn)象的原因(yīn)。在一项新(xīn)的研究当中，科学(xué)家们(men)发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会出现(xiàn)速度上(shàng)的微小差(chà)异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小和银(yín)河(hé)系(xì)不(bù)多，但是星系当(dāng)中存(cún)在的恒星(xīng)数量(liàng)却(què)只有银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星系必须(xū)存(cún)在暗物(wù)质，否则(zé)就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜(jìng)对其(qí)进行了40个小时的详(xiáng)细测(cè)量(liàng)之后，发(fā)现星(xīng)系(xì)中的恒星(xīng)运(yùn)动是可(kě)以用正(zhèng)常的物(wù)质和力(lì)学定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗(àn)物质，已(yǐ)经被附近的另(lìng)一个(gè)大星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附近没(méi)有任何星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能就是人(rén)类对引力的理解(jiě)还不够(gòu)全面，引力很可能在(zài)不(bù)同尺度空间中的(de)工作方式是不同的，这意(yì)味着在行星系尺度(dù)中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作用(yòng)则是不同的方式。对于在星(xīng)系团之(zhī)间的(de)相互作(zuò)用(yòng)，科学家还引入了(le)外部场(chǎng)效(xiào)应的概念，指的是在数(shù)百万光年的规(guī)模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对(duì)彼(bǐ)此特殊(shū)的效果，这个(gè)理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这意味着我们(men)需(xū)要(yào)对(duì)现(xiàn)在的物(wù)理定律进行修正，这(zhè)些发(fā)现也(yě)让很多人(rén)认为暗物质假说理(lǐ)论就此(cǐ)终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质(zhì)存(cún)在的其他的理(lǐ)论证据(jù)，这些理论证据(jù)是(shì)蒙德(dé)理论所没法解释的“拙荆是什么意思，拙荆是什么意思引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年(nián)的子(zi)弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的(de)星(xīng)团，它们大(dà)部分的普通质(zhì)量都在(zài)星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质(zhì)量将位于所有这些气体所在的(de)中(zhōng)间区(qū)域。那(nà)么我们通过(guò)什么来验证(zhèng)它的(de)质(zhì)量区域到(dào)底是(shì)不是集中在(zài)中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照(zhào)片(piàn)中我们可以明(míng)显地看到很多(duō)星系(xì)似(shì)乎被(bèi)拉(lā)伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么(me)问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球(qiú)上的观测(cè)者之(zhī)间。被一(yī)个质量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远(yuǎn)星(xīng)系的光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个现象就是引力透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨(jù)大的(de)天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或(huò)者是(shì)暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以最(zuì)好(hǎo)的解释方法就是当(dāng)星团发生全部(bù)的(de)碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到(dào)的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通(tōng)过了这个区(qū)域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质(zhì)存在(zài)的迄今为(wèi)止最(zuì)好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了(le)。经(jīng)过(guò)了130多亿年(nián)之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空(kōng)间背景上留下(xià)了各(gè)相同(tóng)性的微波辐射。其(qí)中红色的部(bù)分表(biǎo)示温度较高的区域(yù)，蓝(lán)色则表示相对(duì)较冷的区(qū)域(yù)，但实(shí)际上它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对前(qián)景背(bèi)景分离(lí)后的(de)二值(zhí)图像(xiàng)进行连通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不应(yīng)该(gāi)是这(zhè)样的，而随着暗(àn)物质的(de)增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需要的(de)暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释(shì)星系当中恒(héng)星运动所需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很好地解释了(le)很(hěn)多不同的(de)观测(cè)结(jié)果。而暗物(wù)质的本质(zhì)就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不(bù)参与任何其他的(de)电磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互作用。所(suǒ)以如果(guǒ)能够找到这种粒子(zi)的存在(zài)，就相当于找到了暗(àn)物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。这种粒(lì)子到(dào)底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻(xún)找这(zhè)些(xiē)不同的(de)目标粒(lì)子所需要的实验方式也(yě)不相同。在过(guò)去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类为了寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不会与常(cháng)规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却(què)没(méi)有任何(hé)实质性(xìng)的发现，除了一个地(dì)方，意大(dà)利的格(gé)兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的(de)地学实验室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直(zhí)致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观(guān)测到了(le)某种信(xìn)号。经过了(le)20多(duō)年的(de)数据收集(jí)，人们发现了一(yī)个有趣的事情(qíng)。探测率(lǜ)会在每(měi)年的6月份达到峰值(zhí)，然(rán拙荆是什么意思，拙荆是什么意思)后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年(nián)都是一样(yàng)。一(yī)些科(kē)学家认为这(zhè)可能是(shì)人(rén)类发现暗物质的第一个(gè)直(zhí)接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生(shēng)周期(qī)性的年度(dù)信号呢(ne)？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳(yáng)系正在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕(rào)着银河系(xì)进行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度在(zài)穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这(zhè)个(gè)过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的(de)方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河(hé)系的方向是一(yī)致(zhì)的，而另(lìng)外(wài)半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好(hǎo)达(dá)到了最慢值。尽管在(zài)实(shí)际的情况中(zhōng)，太(tài)阳系相对银河(hé)系的(de)平(píng)面(miàn)呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学(xué)家认为这(zhè)可以(yǐ)用(yòng)来解(jiě)释，研究人(rén)员们所观测到的周期(qī)性(xìng)信(xìn)号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿(shī)度(dù)、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高(gāo)山(shān)上的(de)积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立(lì)了一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节(jié)与(yǔ)之(zhī)前(qián)的实验室(shì)正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在(zài)这里可(kě)以得到相同的(de)信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有(yǒu)力(lì)的证据了(le)。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中(zhōng)一个关(guān)键的用(yòng)途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘(mì)，对于探测(cè)的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天体物(wù)理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质(zhì)存在，它们(men)极有(yǒu)可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质(zhì)效应(yīng)，会支持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是生(shēng)命(mìng)进化(huà)的(de)一个重要因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得到(dào)进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不会(huì)意(yì)味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某个(gè)角(jiǎo)落(luò)的行星上(shàng)，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创造(zào)生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的大前(qián)提是要(yào)先找到暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是(shì)我更新的动力！

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