宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为何会(huì)存在科学无(wú)法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了(le)寻找暗物(wù)质存在(zài)的证据，科学家(jiā)们在过去(qù)的几(jǐ)十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证(zhèng)据。除(chú)了(le)一个地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然(rán)哲学(xué)数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引力(lì)定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现异常(cháng)，不(bù)符合万有引力定律的(de)时候，他们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力(lì)在摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过(guò)天王(wáng)星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发(fā)现都是(shì)应(yīng)用万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是(shì)这(zhè)些发现都是(shì)在(zài)恒星系统的(de)尺度当中，可当我们(men)上升(shēng)到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束(shù)缚在一起。测(cè)量星系团(tuán)的质量一般(bān)会(huì)使用到(dào)两种方法，当两种(zhǒng)方法结(jié)果一致(zhì)，就(jiù)可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得(dé)其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的(de)光度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移(yí)测量星系团中的各个星系相对(duì)于星系团(tuán)的运动速度。当测(cè)量结(jié)果出来之后，兹(zī)威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是(shì)“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星(xīng)系(xì)团(tuán)有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团(tuán)中很多星系(xì)的速(sù)度比理论上要快(kuài)得(dé)多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星(xīng)系的质(zhì)量所产生(shēng)的引力是无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在(zài)起(qǐ)作用，这种力量来(lái)源于(yú)某种隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不(bù)可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散光、吸(xī)光(guāng)、反射光(guāng)，但(dàn)是它们却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的(de)一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才再(zài)一次出(chū)现。天文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观测(cè)仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说(shuō)，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是(shì)他们观测的结(jié)果却让人感到不(bù)可(kě)思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的(de)旋转速(sù)度几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的万有引力(lì)定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的质量(liàng)来吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一种相对标准的(de)方(fāng)法(fǎ)来解释暗物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测量(liàng)星系当中(zhōng)气体在(zài)X轴上距离星(xīng)系(xì)中心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速度。如果出(chū)现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物质的(de)力(lì)量(liàng)进入(rù)其(qí)中。

于是(shì)科学家(jiā)们通(tōng)过射(shè)电望远镜测量了距离星(xīng)系中(zhōng)心更远距离的(de)氢(qīng)元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合(hé)牛(niú)顿的力(lì)学定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河(hé)系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那(nà)么产生(shēng)以上这(zhè)种向心加速度的原(yuán)因很可能就(jiù)是存在着一(yī)种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力(lì)效应将(jiāng)星系聚集(jí)在(zài)了一起。

也是(shì)从这时开始，越(yuè)来越多的(de)研究人员(yuán)开始(shǐ)相信(xìn)暗(àn)物质(zhì)的(de)存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物(wù)质的质(zhì)量占整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可以解释这个现象的原因。在一(yī)项新(xīn)的(de)研究当中，科学(xué)家们发(fā)现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应(yīng)的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度(dù)上的(de)微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在(zài)的恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对(duì)其进行(xíng)了40个小时的(de)详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常(cháng)的物质和(hé)力学定律来解释(shì)的。那么又有人提出(chū)，也(yě)许该星系的(de)暗物质(zhì)，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有(yǒu)任何(hé)星系存(cún)在。造成这(zhè)些(xiē)现象的除了暗物(wù)质的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类对(duì)引力的(de)理解还(hái)不(bù)够(gòu)全面，引力(lì)很可(kě)能在不同尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这意味着(zhe)在(zài)行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道，按照(z陈睿怎么了，b站陈睿事件hào)我(wǒ)们所理解的(de)方式运(yùn)动。但是上升到星(xīng)系和星团的(de)尺度(dù)，引力之间的相互作(zuò)用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应的概念，指的(de)是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的(de)质量之间会产生对(duì)彼此(cǐ)特殊(shū)的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们(men)需要对现(xiàn)在(zài)的物理定(dìng)律进(jìn)行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗(àn)物(wù)质假(jiǎ)说理(lǐ)论(lùn)就(jiù)此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗物质(zhì)存在的其(qí)他(tā)的理论证据(jù)，这(zhè)些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互(hù)作用就会导致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的(de)质(zhì)量将位(wèi)于(yú)所有这些气体(tǐ)所在的中间区(qū)域。那么我们通过什么来(lái)验证(zhèng)它的质量区(qū)域到底是(shì)不(bù)是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照(zhào)片(piàn)，在(zài)照片中(zhōng)我们(men)可(kě)以明显地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的(de)形(xíng)变(biàn)。其(qí)实这些星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了什么问题(tí)，而是这(zhè)样极遥远的天体(tǐ)和我们地(dì)球上的观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质量(liàng)的东(dōng)西的引力，会(huì)使身(shēn)后更(gèng)遥(yáo)远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)效(xiào)应。这个巨(jù)大的天体(tǐ)可(kě)能是超大(dà)质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的解释方法就(jiù)是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测到的(de)质量气(qì)体被卡在了(le)中间，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外(wài)，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当(dāng)中了(le)。经过(guò)了130多亿年(nián)之后，这(zhè)些(xiē)光(guāng)在宇宙空间背景上(shàng)留下(xià)了各相(xiāng)同(tóng)性(xìng)的微波辐射。其中红色的(de)部(bù)分表示(shì)温度(dù)较高的区域，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较(jiào)冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过(guò)对前景背景分离后(hòu)的二值图像进行连通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来(lái)不应(yīng)该是这样的，而随(suí)着暗物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波背景辐射(shè)的测量值，我们需(xū)要(yào)的暗物质(zhì)大(dà)约(yuē)是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒(héng)星运动(dòng)所需(xū)要的暗物(wù)质比例是一(yī)致(zhì)的(de)。这(zhè)就意味着。

用了一个(gè)简单(dān)的理论框架，就很好(hǎo)地(dì)解释(shì)了很多不同的观测结果。而(ér)暗物质的(de)本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任(rèn)何其他的电磁(cí)作用，只通过引力来(lái)相互作用(yòng)。所(suǒ)以(yǐ)如(rú)果(guǒ)能(néng)够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提出了数十(shí)种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的(de)目标(biāo)粒子所需要(yào)的实验方(fāng)式也不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类(lèi)为了寻找这些看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会与(yǔ)常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已经(jīng)进(jìn)行了超(chāo)过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的(de)发(fā)现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大(dà)的地学实验室(shì)，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼(lóu)高的(de)探测器，一(yī)直致力于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的科(kē)学家声称(chēng)观测(cè)到了某种信号。经过了20多(duō)年的数据(jù)收(shōu)集，人们(men)发现了(le)一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然后在(zài)11月(yuè)降到最低，而且在20年(nián)当中每(měi)年都是一(yī)样。一些科学(xué)家认为这可(kě)能是人类发(fā)现(xiàn)暗(àn)物质的第一(yī)个直接(jiē)证据。

但是(shì)为什么(me)暗物(wù)质(zhì)会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以(yǐ)这样的(de)速度在穿越着暗(àn)物质(zhì)流，这个过程中会产生(shēng)相应(yīng)的(de)振荡(dàng)，同时地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的(de)时(shí)间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕(rào)银(yín)河系的方向是一(yī)致的，而(ér)另外半年则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全(quán)一致，这是(shì)理论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最(zuì)快(kuài)的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到(dào)了(le)最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际的(de)情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的(de)平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影(yǐng)响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释，研究人员们所观测(cè)到的(de)周期性(xìng)信(xìn)号。当然也可(kě)能有其他的情(qíng)况，造(zào)成这种年度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至连意大(dà)利游客(kè)的(de)数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们(men)又在南(nán)半球建立了一(yī)个几乎相(xiāng)同的(de)实验室(shì)，这里的季节(jié)与之前(qián)的实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里可(kě)以得(dé)到相(xiāng)同(tóng)的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存(cún)在(zài)的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的(de)望远镜，这台太(tài)空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供(gōng)的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的(de)用途就是探索暗物质背(bèi)后的(de)奥(ào)秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天体物理中心(xīn)的(de)科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存(cún)在，它(tā)们极有可能拥有另一(yī)种神(shén)秘(mì)的(de)效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得(dé)到进(jìn)一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味(wèi)着人类并不孤单(dān)呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗物(wù)质(zhì)正在通过这样的效应创造(zào)生命。当(dāng)然，这些推论的大前(qián)提(tí)是(shì)要先找到暗(àn)物(wù)质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的(de)支(zhī)持是(shì)我更新(xīn)的动力！

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