宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么(me)？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科学(xué)家们在过去的(de)几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任何(hé)的有(yǒu)效证据。除(chú)了一个地方，在(zài)1687年出版的(de)自(zì)然哲学数学原理一(yī)书中(zhōng)，埃(āi)萨(sà)克牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它(tā)揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学家们发现某些(xiē)天体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异(yì)常，不符合(hé)万有引力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围(wéi)一(yī)定有未(wèi)知的天体通(tōng)过(guò)引力(lì)在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨(guǐ)道的(de)异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子(zi)。但是这些发现都是在(zài)恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基(jī)正在研究和测量(liàng)后发(fā)星系(xì)团的质量。这是一个由数(shù)千个(gè)星系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星(xīng)系团的质(zhì)量一般会使用到(dào)两种方(fāng)法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的(de)数据是测量(liàng)各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各(gè)个星(xīng)系(xì)相(xiāng)对于星(xīng)系团(tuán)的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是(shì)“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质(zhì)量(liàng)消(xiāo)失了(le)，或者说这99%的(de)质量并不以(yǐ)可见光(guāng)的形式(shì)所存在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异的是，在(zài)测(cè)量速度(dù)的过程中，兹(zī)威基(jī)发现星系团中很多星180kg等于多少斤 180kg等于多少磅系的速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运(yùn)动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星系的质量(liàng)所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力量在(zài)起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了这样部(bù)分不(bù)可见的暗(àn)质(zhì)，它不(bù)发(fā)散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们(men)对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观(guān)测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒(héng)星在其轨道(dào)上(shàng)的运行速(sù)度就(jiù)会越慢(màn)。但是他(tā)们观测的(de)结果却让人感到不可(kě)思(sī)议。

随着与中心(xīn)距离(lí)的增加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度(dù)几乎(hū)保持不变(biàn)。可是根据(jù)牛顿(dùn)的万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定(dìng)律，在星系当中如果没有足够大的(de)质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用一种相对标准的(de)方法来解(jiě)释暗(àn)物(wù)质的存在，这种方(fāng)法就是测量(liàng)星系(xì)当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)。如(rú)果出(chū)现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物(wù)质的力量进入其中(zhōng)。

于(yú)是(shì)科学(xué)家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它(tā)们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系也不(bù)例外，太阳系(xì)位于(yú)银(yín)河系的第三(sān)悬臂之上(shàng)，距(jù)离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度(dù)，那(nà)么(me)产(chǎn)生以上(shàng)这(zhè)种向(xiàng)心加速度的(de)原因很可能就(jiù)是存(cún)在着一种我们(men)看不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物(wù)质(zhì)的(de)引(yǐn)力效应将星系聚(jù)集在了一(yī)起。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人(rén)员(yuán)开始相(xiāng)信暗物质的存在(zài)。科(kē)学家根(gēn)据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物质(zhì)的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是(shì)唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科(kē)学家(jiā)们发现，几乎没(méi)有(yǒu)引力效应的(de)遥远恒星(xīng)之间，也会(huì)出现速度上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常(cháng)的星(xīng)系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河(hé)系的(de)千分(fēn)之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须存(cún)在暗物(wù)质，否(fǒu)则(zé)就(jiù)会分(fēn)崩离(lí)析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其(qí)进行了40个小时的详(xiáng)细测量(liàng)之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以用正常的(de)物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又(yòu)有人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附(fù)近的(de)另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近(jìn)没(méi)有任何星系存(cún)在。造成(chéng)这(zhè)些现象的除(chú)了暗物质(zhì)的假说(shuō)之外，另一种可(kě)能就是(shì)人类对引力的(de)理解(jiě)还不(bù)够(gòu)全面，引力很可(kě)能(néng)在不同尺(chǐ)度空间中的工作(zuò)方式(shì)是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中(zhōng)的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的(de)方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)则是不同的方式(shì)。对于在(zài)星(xīng)系(xì)团之间(jiān)的相互(hù)作(zuò)用(yòng)，科学(xué)家还(hái)引(yǐn)入了外部场效(xiào)应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是(shì)在数(shù)百万光年的(de)规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意(yì)味着我们需要对现在的物(wù)理定律进行修正，这些(xiē)发(fā)现也让很多人认为(wèi)暗物质假说(shuō)理论就(jiù)此终结(jié)。但(dàn)是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其他的(de)理论证据(jù)，这些理论证据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光(guāng)年的(de)子(zi)弹(dàn)星系团，由(yóu)两(liǎng)个(gè)碰撞的星系(xì)团所组成(chéng)，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气(qì)体的相互作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上(shàng)，在(zài)碰(pèng)撞之后(hòu)，子(zi)弹(dàn)星系团大部(bù)分的质量将位于所有(yǒu)这些气体所在(zài)的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么来验证(zhèng)它的(de)质量区域到(dào)底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的(de)高清照(zhào)片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可以(yǐ)明显地看到很(hěn)多星系似乎(hū)被(bèi)拉(lā)伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身(shēn)并不是真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们(men)地球上的(de)观测(cè)者(zhě)之(zhī)间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量的东西的(de)引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就(jiù)是引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能(néng)是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对子弹星系团观测的(de)时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在(zài)中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释(shì)方法(fǎ)就是当星团(tuán)发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质(zhì)量(liàng)气体(tǐ)被(bèi)卡在了(le)中间，暗物质则直接通过了(le)这180kg等于多少斤 180kg等于多少磅个(gè)区域(yù)，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力(lì)透镜研究(jiū)也被认为是暗(àn)物质存(cún)在的迄(qì)今为止最好的理论证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年(nián)之后，可(kě)见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的(de)部分表(biǎo)示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较冷(lěng)的区域(yù)，但实(shí)际上它(tā)们(men)之间(jiān)的(de)温差只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学(xué)家(jiā)们通(tōng)过对(duì)前(qián)景背(bèi)景(jǐng)分离(lí)后的二值图(tú)像进行(xíng)连通域提取和标记(jì)之后(hòu)发现，如果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物质，图形看起来(lái)不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射的(de)测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是(shì)普通物(wù)质的5倍。这个(gè)数(shù)字与解释(shì)星系当(dāng)中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就(jiù)意(yì)味着(zhe)。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好地(dì)解释了很多不同的(de)观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的(de)本质就(jiù)是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何(hé)其他的电磁(cí)作用，只通过(guò)引力来相互作用。所(suǒ)以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存(cún)在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是(shì)什(shén)么？科学家们已(yǐ)经提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同(tóng)的目标粒子所需要的实验(yàn)方(fāng)式也不相同(tóng)。在过去的几十(shí)年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实(shí)质性的(de)发(fā)现，除了一个(gè)地方(fāng)，意大利(lì)的(de)格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上最(zuì)大的地(dì)学实验(yàn)室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测(cè)器，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒(lì)子的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)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(nián)的数据收集，人们发(fā)现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在(zài)每年(nián)的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然后在(zài)11月降到最(zuì)低，而且在20年(nián)当中每年(nián)都是(shì)一样。一(yī)些科(kē)学家认为(wèi)这可能是(shì)人类(lèi)发现暗(àn)物质的第一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗物(wù)质会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围绕着银(yín)河(hé)系(xì)进行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以这(zhè)样(yàng)的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应(yīng)的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时间(jiān)，地球围绕(rào)太(tài)阳的方(fāng)向与太阳环(huán)绕银河系的(de)方向是一致的(de)，而另外半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的(de)方向正好(hǎo)达(dá)到完(wán)全一(yī)致，这是(shì)理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗物(wù)质(zhì)流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳(yáng)系相对银(yín)河(hé)系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这(zhè)个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认为(wèi)这(zhè)可以用来解(jiě)释(shì)，研究人员(yuán)们(men)所观测(cè)到的周期性信(xìn)号。当然(rán)也可(kě)能(néng)有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年(nián)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，甚至(zhì)连意大(dà)利游客的数量也符合(hé)这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了(le)一个几乎(hū)相同(tóng)的实验(yàn)室(shì)，这里的(de)季节与之前的实(shí)验室正好相反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物(wù)质流的运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据了(le)。但是由于这个实验(yàn)室(shì)刚刚(gāng)建成(chéng)不(bù)久，所以截至目前还(hái)无(wú)法提供(gōng)相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视场仪器提(tí)供的视(shì)野(yě)是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中(zhōng)一个(gè)关(guān)键(jiàn)的(de)用途就是探索暗(àn)物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中(zhōng)心(xīn)的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神(shén)秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的(de)诞(dàn)生，或者说是生(shēng)命进化的一(yī)个重要(yào)因素。

如(rú)果这一理论得(dé)到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会(huì)不会(huì)意(yì)味(wèi)着人类并不孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某个角落的(de)行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些(xiē)推论(lùn)的大(dà)前提(tí)是(shì)要先找到(dào)暗物质存在的实(shí)际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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