宇宙是“人为制(zhì)造(zào)”的？为何会(huì)存在科学无法(fǎ)解(jiě)释的(de)“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是(shì)什(shén)么？人(rén)类为(wèi)了寻找暗物(wù)质存在的证据(jù)，科学家们(men)在(zài)过去的几十年(nián)当中(zhōng)进行(xíng)了超过(guò)50次(cì)的长(zhǎng)期(qī)实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效证据。除(chú)了(le)一个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克(kè)牛顿发表(biǎo)了(le)万有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学(xué)家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他(tā)们就会(huì)知道，周围一(yī)定有未(wèi)知的天体通(tōng)过引力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星(xīng)运(yùn)行轨(guǐ)道的(de)异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存(cún)在。另(lìng)外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星的发现都(dōu)是应用万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)所取得(dé)重大天文成就(jiù)的例子(zi)。但是这(zhè)些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当(dāng)中，可当我们(men)上升到(dào)星系或(huò)者是(shì)星团的(de)尺度，事情就开始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理(lǐ)学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和(hé)测(cè)量后发星系团的(de)质(zhì)量。这是一个由数(shù)千个星(xīng)系所组成的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一致，就可以确(què)定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第(dì)二(èr)种是动(dòng)力学(xué)质量的计算(suàn)，是(shì)利用光谱红移测量星(xīng)系(xì)团中的各(gè)个星(xīng)系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测(cè)量结果出(chū)来之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度(dù)学质(zhì)量(liàng)”的(de)400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以(yǐ)可见光的形(xíng)式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的(de)过程中，兹(zī)威基发(fā)现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定(dìng)律，仅靠(kào)这(zhè)些(xiē)可见(jiàn)星系的(de)质量所产生的引力是无(wú)法将它们束缚在星系团内的(de)，它们(men)早就(jiù)应该(gāi)被抛出星系(xì)团之外了，除非(fēi)有一种神秘的(de)力量在起作用，这种力量来(lái)源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的(de)物质(zhì)。

据此，兹维基提出了(le)这(zhè)样(yàng)部分(fēn)不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们却(què)占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的(de)质量。只是当时的人(rén)们对这样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座(zuò)星系中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中心(xīn)越(yuè)远的恒星(xīng)在(zài)其(qí)轨道上(shàng)的(de)运行速度就会(huì)越慢。但是他们观测(cè)的结果却让(ràng)人感(gǎn)到不可(kě)思议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距(jù)离的(de)增(zēng)加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中(zhōng)气(qì)体在(zài)X轴上(shàng)距离星(xīng)系中心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质(zhì)的力量进(jìn)入其中。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜测量了距(jù)离(lí)星系中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的(de)太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂(bì)之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的(de)运行速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的(de)速度围绕(rào)银河(hé)系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论速(sù)度，那么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原因很可能就是存(cún)在(zài)着一种我们看不到的(de)物质，是这些暗物(wù)质的引力(lì)效应将星系聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始，越(yuè)来越多的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学(xué)家(jiā)根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的(de)质量(liàng)占整个星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是(shì)唯一(yī)可以解释这个(gè)现象的原因。在(zài)一项新的研究当中(zhōng)，科学(xué)家们发现，几乎没(méi)有引力效应的(de)遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也(yě)会出(chū)现速度(dù)上(shàng)的(de)微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了(le)一(yī)个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地(dì)球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多(duō)，但是星(xīng)系(xì)当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银(yín)河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则(zé)就(jiù)会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用(yòng)正常的物质和力(lì)学(xué)定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物(wù)质(zhì)，已经被附近(jìn)的另一个(gè)大星系剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它的附近(jìn)没有任何星(xīng)系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还不够全(quán)面，引(yǐn)力很(hěn)可能在(zài)不同尺(chǐ)度空间中的工作方(fāng)式(shì)是不同的，这(zhè)意(yì)味(wèi)着在(zài)行(xíng)星系尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿着它们(men)的轨道(dào)，按照我(wǒ)们(men)所(suǒ)理解的(de)方式运动。但(dàn)是上(shàng)升到(dào)星系(xì)和星(xīng)团的尺度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作(zuò)用则(zé)是不同的方(fāng)式。对于在(zài)星系团之(zhī)间(jiān)的(de)相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外(wài)部场效(xiào)应的概念(niàn)，指的是在数百万光年的(de)规模(mó)上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我(wǒ)们需要对现(xiàn)在的物理定律进(jìn)行修(xiū)正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让很(hěn)多(duō)人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存(cún)在(zài)的其他的(de)理论证据，这些理论证据是(shì)蒙(méng)德理论(lùn)所没法解(jiě)释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年的子弹星系(xì)团(tuán)，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的(de)气体当中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的(de)相互(hù)作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于(yú)所(suǒ)有这些气(qì)体所在(zài)的中间区域(yù)。那么我们通(tōng)过什么来(lái)验证它的质量区域到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们可以明(míng)显(xiǎn)地看到很多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地球(qiú)上(shàng)的观(guān)测者(zhě)之间。被(bèi)一个(gè)质(zhì)量(liàng)超(chāo)级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的东西(xī)的(de)引力(lì)，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引力(lì)透镜效应。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是(shì)暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的(de)时候，发现(xiàn)它的大(dà)质量区域并不是在中(zhōng)间(jiān)，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的(de)解释(shì)方法就(jiù)是当星团发(fā)生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过(guò)了这个区域，并在两边形(xíng)成了引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存(cún)在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间(jiān)背景上留下了(le)各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区(qū)域(yù)，蓝(lán)色(sè)则表示相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但实际(jì)上(shàng)它们之间的温差只有(yǒu)万分(fēn)之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进(jìn)行连通域提(tí)取(qǔ)和标记之后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的测量值，我们(men)需要的暗物质大约(yuē)是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这(zhè)个(gè)数字(zì)与解释星系当中恒星(xīng)运动(dòng)所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好(hǎo)地解释(shì)了很多不同的观(guān)测结果。而暗物(wù)质的本质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某种类型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒(lì)子的(de)存在，就相当于找到了(le)暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。这种粒(lì)子到底是什(shén)么？科(kē)学家们已(yǐ)经(jīng)提出(chū)了数十种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻找这些不(bù)同的目标(biāo)粒子所需(xū)要的实验方式也不相同。在过(guò)去(qù)的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规(guī)物(wù)质相互作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们已经(jīng)进行了(le)超过(guò)50次的(de)实验，却没(méi)有任(rèn)何实质性的(de)发(fā)现(xiàn)，除了(le)一个地方，意大利(lì)的格(gé)兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三(sān)层(céng)楼高(gāo)的(de)探测(cè)器，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个(gè)有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降到(dào)最低，而且在20年(nián)当(dāng)中每(měi)年都(dōu)是一样。一些(xiē)科学(xué)家(jiā)认为这可能(néng)是人(rén)类发(fā)现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了(le)太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河(hé)系进行移(yí)动，那么如(rú)果暗(àn)物质存在宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我们(men)也在以这样(yàng)的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕黄姓的来源和历史名人和现状，陆终到底是不是黄姓祖先太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系(xì)的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地球与(yǔ)太(tài)阳的方向(xiàng)正好达到完(wán)全(quán)一致，这是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗物(wù)质流最快的(de)时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际的(de)情况(kuàng)中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性(xìng)信(xìn)号。当然(rán)也可能有其他(tā)的情况(kuàng)，造(zào)成这种(zhǒng)年度周期信号的差(chà)异也可(kě)能是温度(dù)、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高山上(shàng)的(de)积雪，甚(shèn)至连(lián)意(yì)大利(lì)游客(kè)的数量也符合(hé)这个周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建(jiàn)立了(le)一个几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过暗(àn)物(wù)质流的(de)运动特征和(hé)第一个(gè)实(shí)验室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这(zhè)里可以得到相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力(lì)的(de)证据了。但是(shì)由于(yú)这个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成(chéng)不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台(tái)太(tài)空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但(dàn)它的(de)宽(kuān)视场仪器提供(gōng)的(de)视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个(gè)关(guān)键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘(mì)，对(duì)于(yú)探测(cè)的结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目(mù)以待(dài)了。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬研(yán)究(jiū)发现，如果暗物质存(cún)在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者说是(shì)生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到(dào)进(jìn)一步的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前提(tí)是(shì)要先找到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗(àn)物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新的动(dòng)力！

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