宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的(de)？为何(hé)会(huì)存在科学无法解(jiě)释(shì)的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类(lèi)为了(le)寻找暗(àn)物质存在(zài)的证(zhèng)据，科(kē)学家们在过(guò)去的几十年(nián)当中进行(xíng)了超过50次的(de)长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效(xiào)证据(jù)。除了(le)一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表(biǎo)了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的(de)规(guī)律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些(xiē)天(tiān)体(tǐ)运行轨道(dào)出现异(yì)常，不(bù)符(fú)合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一(yī)定有未知的天体(tǐ)通过引力(lì)在摄(shè)动它的轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天(tiān)王星运行轨道的(de)异(yì)常(cháng)，推算并(bìng)且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现都(dōu)是(shì)在恒星(xīng)系统的尺度当中，可(kě)当我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个(gè)由(yóu)数千个星系(xì)所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系被引力束(shù)缚(fù)在一(yī)起。测量星系团的(de)质量(liàng)一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种(zhǒng)方法结果一(yī)致，就可以(yǐ)确(què)定其质量(liàng)的范围(wéi)。

第一(yī)种是(shì)获(huò)得其(qí)"光度学的(de)质量"，需要的(de)数据是测量(liàng)各个(gè)星系(xì)的光度(dù)。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系(xì)团中(zhōng)的各(gè)个(gè)星系相对(duì)于星(xīng)系团的运(yùn)动速(sù)度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后(hòu)发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的(de)质量并不(bù)以可(kě)见光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多星系的速度比理论上(shàng)要(yào)快(kuài)得多(duō)，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见(jiàn)星系的质量(liàng)所产生(shēng)的引力是无法将它们(men)束缚在星系(xì)团内的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的(de)力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来源于(yú)某种隐(yǐn)形(xíng)的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基(jī)提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是(shì)它(tā)们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是(shì)当时的(de)人们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个(gè)词才(cái)再一次(cì)出现(xiàn)。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢(màn)。但是他(tā)们观(guān)测的结(jié)果却让(ràng)人感到(dào)不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离的增加，恒(héng)星的(de)旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根据牛(niú)顿的(de)万有(yǒu)引力定律，在星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)如果没有足够大(dà)的质量来(lái)吸引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家们(men)会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释(shì)暗(àn)物(wù)质(zhì)的存在，这种方法(fǎ)就是(shì)测量(liàng)星(xīng)系(xì)当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心(xīn)的(de)距(jù)离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的(de)力量进(jìn)入其中。

于是(shì)科学家们通过射(shè)电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于(yú)银河系的第三悬臂(bì)之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳系的运(yùn)行速度(dù)应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕银河系(xì)旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度(dù)的原因很可能(néng)就是存在着一种我们看不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越(yuè)来越多的研(yán)究人(rén)员开(kāi)始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系(xì)外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物(wù)质的质(zhì)量占整(zhěng)个(gè)星系(xì)质(zhì)量的(de)85%。但(dàn)是，暗(àn)物质(zhì)并不是唯一可(kě)以解释这个(gè)现象的原因。在(zài)一项新的研究(jiū)当中，科学家们(men)发(fā)现，几乎没有引(yǐn)力效应的(de)遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差(chà)异。另外(wài)，天文(wén)学家(jiā)还发现了一(yī)个反常(cháng)的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系(xì)当中(zhōng)存(cún)在的(de)恒星数量却(què)只有(yǒu)银河(hé)系的千分(fēn)之一。

所以在(zài)理论上(shàng)，该(gāi)星系(xì)必须存在(zài)暗物质，否则就会(huì)分崩离析(xī)。但是科学家们使用最(zuì)先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进行了40个(gè)小时的(de)详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用正常(cháng)的物质(zhì)和力学(xué)定律来解(jiě)释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一(yī)个大星系(xì)剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成(chéng)这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一(yī)种可能就是人类对引力的(de)理解还(hái)不够(gòu)全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空(kōng)间中的工作方式(shì)是不(bù)同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的(de)天体会(huì)沿着它(tā)们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们(men)所理解的方式运动(dòng)。但(dàn)是上升到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不同的方(fāng)式。对(duì)于(yú)在星系团之(zhī)间的(de)相互作用，科(kē)学家还引入(rù)了外部场效应的概念，指的(de)是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的(de)物(wù)理定律进行修正，这(zhè)些发(fā)现也让很多人认为(wèi)暗(àn)物(wù)质(zhì)假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的(de)“引力(lì)透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团(tuán)所组成，类(lèi)似这样的星团，它们(men)大部分的普通质量都在星系的(de)气体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气(qì)体的(de)相互作用就(jiù)会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速(sù)度(dù)大(dà)幅降低。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部(bù)分(fēn)的质(zhì)量将位于所有这些气体(tǐ)所在(zài)的中间区(qū)域(yù)。那么我(wǒ)们(men)通过什么来验证(zhèng)它的质(zhì)量区域到底(dǐ)是不(bù)是集中在(zài)中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回(huí)了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照(zhào)片(piàn)中我们可以明显地看到很多星系(xì)似乎(hū)被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并(bìng)不是真的被(bèi)扭曲(qū)了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球(qiú)上的观测者(zhě)之间(jiān)。被一个质(zhì)量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会(huì)使身后(hòu)更遥(yáo)远星系的光都发生(shēng)了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力透镜(jìng)效应(yīng)。这个(gè)巨(jù)大的天(tiān)体(tǐ)可能(néng)是超大质量的(de)黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测的(de)时候，发现它(tā)的(de)大质量区域(yù)并不(bù)是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星团发生全(quán)部的(de)碰(pèng)撞时，可被观(guān)测(cè)到(dào)的(de)质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则(zé)直(zhí)接通过(guò)了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力(lì)透镜研究也被(bèi)认为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸(zhà)开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了(le)130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光(guāng)在(zài)宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留(liú)下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际(jì)上它(tā)们(men)之(zhī)间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家(jiā)们通过对(duì)前景(jǐng)背景(jǐng)分离后(hòu)的二值图像进(jìn)行连通域(yù)提取和标记之后发2197的立方根是多少，216的立方根是多少(fā)现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起(qǐ)来不(bù)应该(gāi)是这(zhè)样的，而(ér)随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来“和(hé)谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景(jǐng)辐射(shè)的测量值，我们需(xū)要的(de)暗(àn)物质大(dà)约(yuē)是(shì)普通(2197的立方根是多少，216的立方根是多少tōng)物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字与解释星系(xì)当(dāng)中恒星(xīng)运动(dòng)所需要的暗物质比例是(shì)一(yī)致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论(lùn)框(kuāng)架(jià)，就很好地解(jiě)释(shì)了很(hěn)多(duō)不同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类(lèi)型的粒子，它(tā)们不参(cān)与任何(hé)其他的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用(yòng)。所以(yǐ)如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗(àn)物(wù)质(zhì)存在(zài)的实(shí)际证据(jù)。这种粒子到(dào)底是(shì)什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒(lì)子所需要的实验方(fāng)式也不相同。在过(guò)去的几(jǐ)十年当中，人(rén)类(lèi)为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却(què)没(méi)有任何实质性的(de)发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼(lóu)高的探测器(qì)，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒(lì)子(zi)的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这(zhè)里的科(kē)学家声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多年(nián)的数(shù)据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年(nián)的(de)6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到(dào)最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中每年都(dōu)是一样(yàng)。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发现暗物质的(de)第一个(gè)直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速度(dù)在穿(chuān)越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳(yáng)进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银河系的方(fāng)向是一(yī)致的(de)，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达到(dào)完全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份(fèn)，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理论的有(yǒu)效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观(guān)测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这(zhè)种年(nián)度(dù)周(zhōu)期信(xìn)号的(de)差异也可能(néng)是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高(gāo)山上(shàng)的(de)积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客的数量(liàng)也(yě)符合这个(gè)周期的(de)规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球(qiú)建(jiàn)立(lì)了一个几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运(yùn)动特征和第一个实(shí)验室(shì)是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的(de)非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至(zhì)目前还无(wú)法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的(de)望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗(luó)曼太(tài)空望(wàng)远镜其中一(yī)个关键的用途就(jiù)是探(tàn)索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们(men)只能拭(shì)目(mù)以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的(de)科(kē)学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如(rú)果暗(àn)物质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个(gè)重要因(yīn)素。

如(rú)果这(zhè)一理(lǐ)论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢(ne)？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通过(guò)这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到(dào)暗物质存(cún)在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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