宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造”的？为(wèi)何会(huì)存在(zài)科学(xué)无法解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗(àn)物(wù)质存在的(de)证据，科(kē)学(xué)家们在(zài)过去的(de)几(jǐ)十年(nián)当中进行了超(chāo)过(guò)50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但是却没有发现任何(hé)的有效(xiào)证据。除了(le)一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的(de)规律(lǜ)。往后的(de)几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文学(xué)家们(men)发(fā)现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符(fú)合(hé)万(wàn)有引力定律的时候，他们就会(huì)知道(dào)，周围一定(dìng)有未知的天体通(tōng)过引力在摄动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就(jiù)通过天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且(qiě)发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星的(de)发(fā)现都是应用万有引力(lì)定(dìng)律所取得(dé)重大天文成就的例子(zi)。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当我们上升到星系或者(zhě)是星团的(de)尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹(zī)威(wēi)基(jī)正在研究和测量后发星系(xì)团的质量。这(zhè)是一个由数千个星系所组成的巨(jù)大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团(tuán)的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可(kě)以(yǐ)确定其(qí)质量的(de)范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得(dé)其"光度学的质量(liàng)"，需要(yào)的数据(jù)是测(cè)量各个星系的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红(hóng)移测量星系(xì)团中(zhōng)的各(gè)个星系相对于星系团的运动速(sù)度。当测(cè)量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量”的(de)400倍。这意味着，后(hòu)发(fā)座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的(de)是，在(zài)测量速度(dù)的过程(chéng)中(zhōng)，兹(zī)威基发现(xiàn)星系(xì)团中(zhōng)很(hěn)多星系的速度比(bǐ)理论上要(yào)快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星(xīng)系的质量(liàng)所产生的引力是无法将它们束(shù)缚在星系团内(nèi)的(de)，它们早就应该被抛出星(xīng)系(xì)团之(zhī)外了，除非有一(yī)种神秘(mì)的力量(liàng)在起(qǐ)作(zuò)用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出(chū)了这(zhè)样(yàng)部(bù)分(fēn)不可见的(de)暗质(zhì)，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是(shì)它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的(de)质量(liàng)。只是当时(shí)的(de)人(rén)们(men)对这样的(de)一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的(de)恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上的(de)运行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感到不(bù)可(kě)思议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速(sù)度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当(dāng)中如(rú)果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基于(yú)这种现象，科学家们(men)会使用一(yī)种相对标准(zhǔn)的(de)方(fāng)法来解释(shì)暗物(wù)质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系(xì)当(dāng)中气体(tǐ)在(zài)X轴上距离(lí)星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现异常(cháng)的结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了(le)距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系(xì)也不例外(wài)，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的(de)运行速(sù)度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系(xì)旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论速度(dù)，那么产(chǎn)生以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速度的原因(yīn)很(hěn)可能(néng)就是存(cún)在着(zhe)一种我们看不到的物(wù)质，是这(zhè)些暗(àn)物(wù)质的引力(lì)效应将星系聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时(shí)开(kāi)始，越来(lái)越多的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星(xīng)系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并(bìng)不(bù)是唯一可以解释(shì)这(zhè)个现象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的(de)研(yán)究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上(shàng)的微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地球大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数(shù)量(liàng)却(què)只有银河(hé)系的千分之一。9的算术平方根是3还是正负3，根号9的算术平方根是多少>

所以在理论上，该(gāi)星系必须(xū)存在暗物质，否则就(jiù)会(huì)分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的(de)望(wàng)远镜对其进行了40个小时(shí)的详细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的(de)物质和(hé)力学定律来(lái)解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离(lí)了。奇怪的(de)是(shì)，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成这些现象的除了(le)暗物质的(de)假说(shuō)之外，另(lìng)一种可能(néng)就是人类对引力的理解(jiě)还不够全面(miàn)，引力很(hěn)可能(néng)在不同尺(chǐ)度(dù)空间中(zhōng)的工作方(fāng)式(shì)是不同的，这意味着在(zài)行星系尺(chǐ)度(dù)中的(de)天体(tǐ)会沿着(zhe)它(tā)们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但是上升到(dào)星系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用(yòng)则(zé)是不同的方(fāng)式(shì)。对于(yú)在星(xīng)系团之间的相互作用，科(kē)学家还引入了外部场效应(yīng)的概念，指的是(shì)在数百(bǎi)万光(guāng)年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效(xiào)果(guǒ)，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立(lì)，这意味着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修(xiū)正，这些发现也让很(hěn)多人(rén)认为暗物(wù)质(zhì)假说理论(lùn)就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有(yǒu)关(guān)于暗(àn)物质存(cún)在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部(bù)分(fēn)的(de)普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气(qì)体的相互作(zuò)用就会导(dǎo)致温度(dù)的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系(xì)团大部分的质量(liàng)将位(wèi)于所(suǒ)有这些气体所(suǒ)在(zài)的中间(jiān)区域。那么我们通过什么来(lái)验证它的质量区域(yù)到底是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在(zài)照(zhào)片中(zhōng)我们可以明显地(dì)看到(dào)很多星系似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了(le)巨大的形变。其(qí)实这些星系(xì)本身并不是真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不(bù)是韦伯(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天(tiān)体和(hé)我们地球上的观测(cè)者之间。被(bèi)一(yī)个质量超(chāo)级(jí)巨大的(de)天(tiān)体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量(liàng)的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星(xīng)系的(de)光都(dōu)发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大(dà)的天体可能是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对(duì)子(zi)弹星系团观(guān)测的时候，发(fā)现它的大质量区(qū)域并(bìng)不(bù)是(shì)在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的(de)质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成了(le)引力透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团的引(yǐn)力透镜研究也(yě)被(bèi)认(rèn)为是暗物质存在(zài)的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之(9的算术平方根是3还是正负3，根号9的算术平方根是多少zhī)后，可见光(guāng)终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上留(liú)下了各相同性的(de)微波辐(fú)射。其中红色的(de)部(bù)分表示(shì)温度较(jiào)高的(de)区域，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对较冷的(de)区域(yù)，但实际上(shàng)它们之(zhī)间的温差只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家们(men)通过对(duì)前景背(bèi)景分离(lí)后的二值图像进行(xíng)连通域提取(qǔ)和(hé)标记之后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这样的(de)，而(ér)随着暗(àn)物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与解(jiě)释星(xīng)系当中恒星运动所(suǒ)需(xū)要的暗物质比例是一致的(de)。这就意味着。

用(yòng)了一个简单(dān)的理论(lùn)框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它(tā)们(men)不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒子(zi)的存(cún)在，就相当于找到了暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科(kē)学家(jiā)们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子(zi)所需要的(de)实验方(fāng)式也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些(xiē)看(kàn)不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会与常(cháng)规物(wù)质(zhì)相互作用(yòng)的(de)“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了(le)一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的(de)地(dì)下矿井当中，藏着地(dì)球(qiú)上最(zuì)大的(de)地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直(zhí)致力于寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观(guān)测到(dào)了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集(jí)，人们发(fā)现(xiàn)了一个有趣的(de)事情。探测率会在每年(nián)的(de)6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为这可能(néng)是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么(me)暗物质会产生(shēng)周期性的(de)年度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进(jìn)行(xíng)移动(dòng)，那么如(rú)果(guǒ)暗(àn)物(wù)质(zhì)存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗(àn)物质流，这个(gè)过程(chéng)中会产生相应的(de)振荡，同时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银河系的方(fāng)向是(shì)一致的(de)，而另外半年则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地(dì)球与太阳(yáng)的方(fāng)向正好达到(dào)完(wán)全一(yī)致(zhì)，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对(duì)银(yín)河系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的(de)倾斜，但(dàn)是这并不影响这(zhè)个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可(kě)以用来解(jiě)释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期(qī)性信号。当然也可能有(yǒu)其他的(de)情况，造成(chéng)这种年度周期信号的(de)差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客的数量也符合这(zhè)个周(zhōu)期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们又在(zài)南半球建立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前的(de)实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第(dì)一个实验室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里可(kě)以得(dé)到相同的信号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在的非常有力的证据(jù)了(le)。但是由(yóu)于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提(tí)供相(xiāng)应的数(shù)据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射(shè)一台新的望远镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外(wài)仪(yí)器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就(jiù)是探索暗物(wù)质背后的奥秘(mì)，对于探测的结(jié)果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天体(tǐ)物理(lǐ)中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗物质存在，它(tā)们极(jí)有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的诞(dàn)生，或(huò)者说是生命(mìng)进(jìn)化的一(yī)个重要因(yīn)素。

如果这(zhè)一理论得到进(jìn)一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布(bù)宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物(wù)质会不会(huì)意(yì)味着(zhe)人类并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某个(gè)角(jiǎo)落(luò)的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提(tí)是要先(xiān)找(zhǎo)到暗(àn)物质存(cún)在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力(lì)！

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