宇宙是“人为制(zhì)造(zào)”的(de)？为何(hé)会存(cún)在科(kē)学(xué)无(wú)法解释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质(zhì)又(yòu)究竟是(shì)什么？人类为(wèi)了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们(men)在(zài)过去的几(jǐ)十年当(dāng)中进行了超(chāo)过50次的(de)长期实(shí)验(yàn)，但(dàn)是却(què)没有发现(xiàn)任(rèn)何(hé)的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年(nián)出版的自(zì)然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力(lì)定律，它(tā)揭示(shì)了(le)宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围(wéi)一(yī)定(dìng)有未(wèi)知(zhī)的天体通过(guò)引力在摄(shè)动它的轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通(tōng)过天王星运行轨道(dào)的(de)异常，推(tuī)算并且(qiě)发(fā)现了海王星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文成就的(de)例子。但是这(zhè)些发现都是在恒(héng)星系(xì)统(tǒng)的尺度(dù)当(dāng)中，可当(dāng)我们上升到(dào)星系或者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开(kāi)始(shǐ)变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量(liàng)后发星(xīng)系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个(gè)由数千(qiān)个(gè)星系所组成的巨(jù)大(dà)星系团，这些(xiē)星系被引力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量星系团(tuán)的质(zhì)量一般会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其质量的(de)范围。

第(dì)一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数(shù)据是测量(liàng)各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质量的(de)计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系(xì)团(tuán)中的各个星系相对于(yú)星(xīng)系团的运动速度(dù)。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的(de)400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或(huò)者(zhě)说(shuō)这(zhè)99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的(de)过程中，兹(zī)威基发现星系团(tuán)中很多星系的速度比(bǐ)理论(lùn)上(shàng)要(yào)快得多，按(àn)照牛顿的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星(xīng)系的质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在(zài)星系(xì)团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系(xì)团之外(wài)了，除(chú)非有一种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量(liàng)来源于某种隐形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹(zī)维基提出了(le)这样部分不可(kě)见的(de)暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但是它们(men)却占据(jù)着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分的(de)质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特福(fú)特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越(yuè)远的(de)恒(héng)星(xīng)在其轨道上(shàng)的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们(men)观(guān)测的结果却(què)让人感到不可(kě)思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是(shì)根(gēn)据(jù)牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸(xī)引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物(wù)质的存(cún)在，这(zhè)种方法就是测量星系当(dāng)中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体(tǐ)的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于(yú)是科学家(jiā)们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢(qīng)元素(sù)，发(fā)现(xiàn)它们的旋(xuán)转速(sù)度并(bìng)不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位(wèi)于(yú)银河系的(de)第(dì)三(sān)悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太(tài)阳系的运行(xíng)速度应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远远(yuǎn)大(dà)于(yú)理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心(xīn)加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不(bù)到的物质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的(de)引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的(de)研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星(xīng)系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这(zhè)个(gè)现象的原因(yīn)。在(zài)一项新的(de)研究(jiū)当中，科学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引力(lì)效应的(de)遥远恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度(dù)上(shàng)的微(wēi)小差(chà)异。另外，天(tiān)文(wén)学(xué)家还发(fā)现了(le)一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星(xīng)系(xì)当中存在的恒星数量却(què)只有银(yín)河系的千分之一(yī)。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星(xīng)系(xì)必(bì)须(xū)存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家(jiā)们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行(xíng)了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可(kě)以用正常的物质和力(lì)学(xué)定律(lǜ)来解释的。那么(me)又有人(rén)提(tí)出，也许该(gāi)星系的暗物(wù)质，已经被(bèi)附近(jìn)的另一(yī)个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成这(zhè)些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的假说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引力(lì)的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不(bù)同尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星(xīng)系(xì)尺度(dù)中的(de)天体(tǐ)会沿(yán)着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的(de)方式运动。但(dàn)是(shì)上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用(yòng)则是不同(tóng)的方式(shì)。对于(yú)在(zài)星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入(rù)了外部场(chǎng)效应的(de)概(gài)念(niàn)，指的是(shì)在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此特(tè)殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在(zài)的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很(hěn)多人(rén)认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关(guān)于暗物质存在的(de)其他的(de)理论(lùn)证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由(yóu)两个(gè)碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们大部分的(de)普通质量都在星(xīng)系的气体当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的(de)时候，星际气体的相互作用就会导致温度(dù)的(de)急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上(shàng)，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星系团大(dà)部分的(de)质量将(jiāng)位于(yú)所有(yǒu)这(zhè)些(xiē)气体所在的中间区域(yù)。那么我们(men)通过什么来(lái)验证它(tā)的质(zhì)量(liàng)区(qū)域到(dào)底是不是集(jí)中在中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片(piàn)，在照片(pià诫勉谈话影响期是多长时间，诫勉谈话受影响吗n)中(zhōng)我(wǒ)们可(kě)以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出(chū)了(le)什么问题，而是(shì)这样(yàng)极(jí)遥(yáo)远的天体和我们(men)地(dì)球(qiú)上的观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨(jù)大(dà)的天(tiān)体遮挡，这个超(chāo)大质量的东(dōng)西的(de)引力，会使身后更遥(yáo)远星(xīng)系的光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的(de)天(tiān)体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对(duì)子弹星系团观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以(yǐ)最好的(de)解释方法(fǎ)就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到的(de)质量气(qì)体被卡在了(le)中间，暗物质则直接(jiē)通过(guò)了这(zhè)个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究(jiū)也被认为(wèi)是暗物质存在(zài)的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通(tōng)无(wú)阻地(dì)穿越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微波辐(fú)射。其中红色(sè)的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较(jiào)冷的区域(yù)，但实(shí)际上它们之间的(de)温差只有万分之一。

科学(xué)家(jiā)们通过对前景背景分(fēn)离后的(de)二值图像进行连通域提取和(hé)标(biāo)记之(zhī)后(hòu)发现，如果宇宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度(dù)会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物(wù)质的(de)5倍(bèi)。这个数字与解(jiě)释星系(xì)当(dāng)中恒星运动所需要的暗(àn)物质(zhì)比例是(shì)一致的。这(zhè)就意(yì)味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架(jià)，就很好地解释(shì)了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用，只通过引(yǐn)力来(lái)相互作用。所以如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当于找到(dào)了暗物质存在的(de)实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提(tí)出(chū)了(le)数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子所(suǒ)需要的实(shí)验(yàn)方式也(yě)不相(xiāng)同。在过去的(de)几十(shí)年(nián)当中，人类(lèi)为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的(de)发现(xiàn)，除(chú)了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下(xià)1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上最大(dà)的(de)地(dì)学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层(céng)楼高的探(tàn)测器，一直致(zhì)力(lì)于(yú)寻找暗物质粒(lì)子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了某种信(xìn)号。经过了(le)20多年的数(shù)据收集(jí)，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情(qíng)。探测率会(huì)在(zài)每年(nián)的6月份达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学家认(rèn)为这可(kě)能是人类发(fā)现暗物质的第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但(dàn)是为什么暗物(wù)质会产(chǎn)生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银(yín)河系的(de)方向是(shì)一致(zhì)的，而另外(wài)半年则(zé)与之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的(de)时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完全(quán)一(yī)致，这是理论上地(dì)球(qiú)穿(chuān)越暗物质流最快的时段(duàn)。而在(zài)11月(yuè)份(fèn)，又恰(qià)好达到(dào)了(le)最慢值。尽管在实(shí)际的(de)情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学(xué)家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信号(hào)。当然也可(kě)能有其他的情况(kuàng)，造(zào)成这种年(nián)度(dù)周(zhōu)期(qī)信号的(de)差异也可(kě)能是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山(shān)上(shàng)的积(jī)雪，甚(shèn)至(zhì)连意大(dà)利游客的数量也(yě)符合(hé)这个(gè)周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立了一个几乎相同的(de)实验(yàn)室，这里的季(jì)节与(yǔ)之前的实验室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动(dòng)特征和第一(yī)个实验室(shì)是一样的(de)。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的(de)信(xìn)号，就可以成(chéng)为暗物质(zhì)所存在的非常有力(lì)的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法提供相应的(de)数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的望远镜，这台(tái)太(tài)空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的(de)宽视场仪器提(tí)供(gōng)的视(shì)野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键的(de)用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天(tiān)体(tǐ)物理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物(wù)质存在，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物(wù)质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实(shí)，那么(me)遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质(zhì)会不会意(yì)味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物(wù)质(zhì)正在(zài)通过这样(yàng)的效(xiào)应创造(zào)生(shēng)命。当(dāng)然，这些(xiē)推论的大前提(tí)是要先找到暗(àn)物质存在的(de)实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们(men)觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更(gèng)新的(de)动力！

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