宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在(zài)的证(zhèng)据，科学家们在(zài)过(guò)去的(de)几十(shí)年(nián)当中进行了超过50次的长期实验，但是(shì)却(què)没有发现(xiàn)任何(hé)的有(yǒu)效证据。除(chú)了一个地(dì)方(fāng)，在1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们发(fā)现某些天体运行轨道出(chū)现异(yì)常，不符(fú)合万有引力定律的时(shí)候，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄动它(tā)的(de)轨(guǐ)道。比(bǐ)如(rú)在1846年(nián)，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的(de)存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得重大天文成就(jiù)的例子(zi)。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学(xué)家弗里茨兹威基(jī)正在研(yán)究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系(xì)所组成的巨大(dà)星系团，这些(xiē)星系被(bèi)引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定(dìng)其质量的(de)范围(wéi)。

第一(yī)种是获(huò)得其"光(guāng)度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各个(gè)星系的光度(dù)。

第二种是(shì)动(dòng)力学质量的计(jì)算，是利(lì)用(yòng)光谱红移测量星系团(tuán)中的各个(gè)星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后(hòu)发座(zuò)星(xīng)系(xì)团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并(bìng)不以(yǐ)可见光的(de)形式所存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在(zài)测量(liàng)速度的过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多星(xīng)系的速(sù)度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量(liàng)所(suǒ)产生的(de)引力是(shì)无法将它们(men)束(shù)缚(fù)在(zài)星系团内的，它(tā)们早就应该被(bèi)抛(pāo)出星系团之外了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘(mì)的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的人们(men)对(duì)这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这(zhè)个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和(hé)肯特(tè)福特在(zài)观测仙女座(zuò)星系中(zhōng)的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离(lí)中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观(guān)测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随(suí)着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)，在星系当(dāng)中如(rú)果没(méi)有足(zú)够(gòu)大的(de)质量来吸引它们(men)，这(zhè)些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方(fāng)法来解释(shì)暗物质(zhì)的存在，这种方法(fǎ)就是测(cè)量星(xīng)系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的(de)旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗(àn)物质(zhì)的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了(le)距离(lí)星系中心(xīn)更远距离的氢(qīng)元素，发现它(tā)们的旋(xuán)转速度并(bìng)不符合牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我们的(de)太阳系(xì)也不例外，太阳(yáng)系位于银河系(xì)的(de)第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离(lí)银河(hé)系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有引力(lì)定律进行计(jì)算，太阳系的(de)运(yùn)行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度(dù)远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就(jiù)是(shì)存(cún)在(zài)着一种我(wǒ)们看不(bù)到的(de)物质，是这些暗(àn)物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的(de)存在。科(kē)学家(jiā)根据星系(xì)外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质(zhì)量占(zhàn)整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一可以解释这个(gè)现象(xiàng)的原(yuán)因(yīn)。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引力效应的(de)遥(yáo)远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微小差异(yì)。另外，天文学(xué)家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河(hé)系(xì)不多，但是星系当中存在的恒(héng)星(xīng)数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该(gāi)星系必须(xū)存在暗(àn)物(wù)质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家(jiā)们(men)使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详(xiáng)细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可(kě)以(yǐ)用正常的物质和(hé)力(lì)学定(dìng)律来(lái)解(jiě)释(shì)的(de)。那么又有人提出，也(yě)许该星系的(de)暗物(wù)质(zhì)，已经被附近的另一(yī)个(gè)大星系(xì)剥(bō)离了。奇(qí)怪(guài)的(de)是，它的(de)附近没有任(rèn)何(hé)星系存(cún)在(zài)。造成这些现象的(de)除了暗物(wù)质的(de)假(jiǎ)说之外，另一种可能(néng)就(jiù)是人类对引力(lì)的理解还不(bù)够全(quán)面，引力很(hěn)可能在不同(tóng)尺度空(kōng)间中的工作方式是(shì)不同的，这意味着(zhe)在行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到(dào)星系和星团的尺度(dù)，引力之间(jiān)的相互作用则是不(bù)同的方式。对于(yú)在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入(rù)了外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果(guǒ)，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意不尽人意是什么意思味着我们需要对现(xiàn)在(zài)的(de)物理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这些发现也让很(hěn)多(duō)人认为(wèi)暗物质(zhì)假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有(yǒu)关(guān)于暗(àn)物质存在的其他的理(lǐ)论(lùn)证据(jù)，这(zhè)些理(lǐ)论证(zhèng)据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没(méi)法解(jiě)释的(de)“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由(yóu)两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系(xì)团所组成，类似这样的(de)星团，它(tā)们大部(bù)分的(de)普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星(xīng)际气(qì)体的(de)相互作(zuò)用就(jiù)会(huì)导(dǎo)致温度(dù)的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大(dà)部分的质量将(jiāng)位于(yú)所有(yǒu)这些(xiē)气(qì)体所在(zài)的中间区域。那么(me)我(wǒ)们通过什么来验证(zhèng)它的(de)质量区域到(dào)底是不是集中在(zài)中(zhōng)间(jiān)呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可(kě)以(yǐ)明显地看到很多(duō)星(xīng)系(xì)似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨(jù)大的(de)形变(biàn)。其(qí)实(shí)这些星(xīng)系本身并不(bù)是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出了什么(me)问(wèn)题，而是这样(yàng)极(jí)遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大(dà)的天(tiān)体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量的(de)东西的引力(lì)，会使身(shēn)后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发(fā)生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个(gè)巨大的天体可能是超大(dà)质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不(bù)是在中(zhōng)间，而(ér)是在(zài)两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团(tuán)发生(shēng)全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测(cè)到的(de)质量(liàng)气(qì)体被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并在(zài)两边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研(yán)究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当(dāng)中最古老的(de)光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性(xìng)的微波辐(fú)射。其中红色的部分表示温(wēn)度(dù)较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的(de)温(wēn)差只有万分之一。

科学(xué)家们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图像进行连通域提(tí)取和(hé)标记(jì)之后发(fā)现，如果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物(wù)质，图形看起来(lái)不应该是这样的，而随(suí)着暗(àn)物质的增加(jiā)，一些峰值的(de)幅(fú)度会(huì)减小，才变(biàn)得看(kàn)起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的(de)暗物(wù)质大约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字(zì)与解释星系当中恒星运动所需要的(de)暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好(hǎo)地解释了(le)很多不同的观(guān)测结果。而(ér)暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子，它(tā)们不参(cān)与任何其(qí)他的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够(gòu)找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗(àn)物质(zhì)存在的实(shí)际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底是什么(me)？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目标(biāo)粒子所需要(yào)的实验(yàn)方式也(yě)不(bù)相同(tóng)。在(zài)过去的(de)几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常(cháng)规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们(men)已经进(jìn)行(xíng)了超过50次(cì)的实(shí)验(yàn)，却(què)没有任何实(shí)质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一个地(dì)方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的地学(xué)实验(yàn)室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三(sān)层楼高的(de)探测器，一(yī)直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家(jiā)声(shēng)称观测到了某种信(xìn)号(hào)。经过(guò)了20多年的数(shù)据收集，人们发现(xiàn)了(le)一个有(yǒu)趣(qù)的(de)事情。探测率会在每年(nián)的6月(yuè)份达到(dào)峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每(měi)年都是一(yī)样。一些科学家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可能是人(rén)类(lèi)发现暗物质的(不尽人意是什么意思de)第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才(cái)我们(men)讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着(zhe)银河(hé)系进行移(yí)动(dòng)，那么(me)如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我(wǒ)们也在(zài)以这样的速度在(zài)穿(chuān)越着暗物(wù)质流(liú不尽人意是什么意思)，这个(gè)过程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地(dì)球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳的(de)方向与太阳环(huán)绕银(yín)河系(xì)的(de)方向是(shì)一(yī)致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全(quán)一致(zhì)，这(zhè)是(shì)理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际(jì)的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈(chéng)现了(le)60度的(de)倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论(lùn)的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认(rèn)为这可以(yǐ)用来解释(shì)，研究人员们所观测到的(de)周期(qī)性(xìng)信(xìn)号。当然也可能(néng)有其(qí)他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可(kě)能(néng)是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水分、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至(zhì)连(lián)意大利游(yóu)客的数量也符合这(zhè)个周期的(de)规(guī)律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立(lì)了一个几乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里的季(jì)节(jié)与之(zhī)前的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实验室是(shì)一(yī)样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得(dé)到相同的信号(hào)，就可以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在的非常有(yǒu)力的证据(jù)了。但是由于这个(gè)实验室(shì)刚刚建(jiàn)成不久，所以截至(zhì)目前(qián)还(hái)无法(fǎ)提(tí)供相应(yīng)的(de)数据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供(gōng)的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关(guān)键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对(duì)于探(tàn)测的结果，我们只能拭(shì)目以(yǐ)待(dài)了。费(fèi)米实验室粒子(zi)天体(tǐ)物(wù)理中心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在(zài)，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的(de)证实，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗(àn)物质(zhì)会(huì)不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个(gè)角落(luò)的行星上，暗物质正在通(tōng)过这(zhè)样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论(lùn)的大前(qián)提是要先找到暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你(nǐ)的(de)支持是我更新的动(dòng)力！

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