宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会(huì)存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什(shén)么？人(rén)类为了寻找暗物质存在(zài)的(de)证据(jù)，科(kē)学(xué)家们在过(guò)去的(de)几(jǐ)十年当中进(jìn)行了超过50次的长期实(shí)验(yàn)，但(dàn)是(shì)却没有发(fā)现任何的有效证据。除了(le)一个(gè)地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动(dòng)的(de)规律。往后(hòu)的(de)几百年来，当天文学家们(men)发现(xiàn)某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周围一定有未知(zhī)的天体通(tōng)过引(yǐn)力在(zài)摄动它的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星(xīng)运行轨道(dào)的异(yì)常，推算并且(qiě)发现了(le)海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发现都是(shì)应用(yòng)万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)所取(qǔ)得重(zhòng)大(dà)天文成(chéng)就的例子。但是(shì)这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度(dù)当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物(wù)理学(xué)家弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研究和测量(liàng)后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这是(shì)一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引(yǐn)力束缚(fù)在一起。测量星系(xì)团的质(zhì)量一般会使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一致，就可(kě)以(yǐ)确(què)定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要(yào)的数据是测量各个(gè)星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的计(jì)算(suàn)，是(shì)利用光谱红移(yí)测量(liàng)星系(xì)团中的各个星系(xì)相(xiāng)对(duì)于星(xīng)系团的运动速度。当测(cè)量结果出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们(men)无法看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系(xì)的速度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生的引力是无(wú)法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们(men)早(zǎo)就(jiù)应该被抛出(chū)星系团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的(de)力量在起作(zuò)用，这种力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是它(tā)们却(què)占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是(shì)当(dāng)时的(de)人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再一次出(chū)现。天(tiān)文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女(nǚ)座星系(xì)中的(de)恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在(zài)其(qí)轨道上的运行速(sù)度(dù)就(jiù)会越慢。但是(shì)他们观测的结(jié)果却让人感到(dào)不(bù)可思(sī)议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的(de)旋(xuán)转速度几乎(hū)保持(chí)不变。可是根据牛(niú)顿的(de)万有引力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来(lái)吸(xī)引它们，这些外围的恒(héng)星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家们会(huì)使用一(yī)种相对标准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星(xīng)系(xì)当(dāng)中气体在X轴上距离(lí)星系中心的(de)距离，以及在Y轴罗锅上山是什么意思，罗锅上山样子图片上气体(tǐ)的(de)旋转速度。如(rú)果出现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通(tōng)过射(shè)电望远镜测量了距离(lí)星(xīng)系中心更(gèng)远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系(xì)也不例外，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的第(dì)三悬(xuán)臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳(yáng)系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银河系(xì)旋(xuán)转，这(zhè)个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速(sù)度，那(nà)么(me)产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存在(zài)着一种我们看(kàn)不到的(de)物质，是这些暗物质的(de)引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科(kē)学家(jiā)根据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算(suàn)在星(xīng)系当(dāng)中暗(àn)物质的(de)质(zhì)量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这个(gè)现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一项新的研(yán)究当中(zhōng)，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速(sù)度(dù)上的微小差异。另外，天文学(xué)家(jiā)还(hái)发现了一个(gè)反常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大(dà)小和银河系不多(duō)，但(dàn)是星系当(dāng)中存在的恒星数(shù)量却只有(yǒu)银河系的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上(shàng)，该星系必须存在暗(àn)物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最(zuì)先(xiān)进的(de)望远镜(jìng)对其进(jìn)行了(le)40个小时的(de)详细测(cè)量之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动是可(kě)以(yǐ)用正常的物质和力学(xué)定律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系(xì)的暗(àn)物质，已经被(bèi)附近(jìn)的另一个大星系(xì)剥离了(le)。奇怪(guài)的是(shì)，它的附(fù)近没有任何星系存在(zài)。造成这些现象(xiàng)的除(chú)了暗物(wù)质(zhì)的假说之外，另(lìng)一(yī)种可能就(jiù)是人(rén)类对(duì)引力的理(lǐ)解还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方(fāng)式是不同的(de)，这意味着在(zài)行(xíng)星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间(jiān)的相互(hù)作用则是不(bù)同的方(fāng)式。对于在星系团(tuán)之间(jiān)的相(xiāng)互作用，科学家还引入了(le)外(wài)部场效应的概(gài)念，指的是在(zài)数百万光年的规(guī)模(mó)上，巨大的质量之(zhī)间(jiān)会产生(shēng)对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这意味着(zhe)我们需(xū)要对现在的(de)物理定(dìng)律进行修正，这些(xiē)发现也(yě)让(ràng)很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关于暗物(wù)质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年(nián)的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的(de)星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的时(shí)候(hòu)，星际气(qì)体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大(dà)幅降低(dī)。所以在(zài)理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团大部(bù)分(fēn)的质量将位于所(suǒ)有(yǒu)这些气(qì)体所在的(de)中间区(qū)域。那(nà)么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以明显地(dì)看到很(hěn)多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了(le)巨(jù)大(dà)的形(xíng)变(biàn)。其实这些星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被一(yī)个质量(liàng)超级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大质量(liàng)的东西(xī)的(de)引力，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的光都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大(dà)的(de)天体可(kě)能是超大(dà)质量的黑洞或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人们对子(zi)弹星系团观(guān)测的时候(hòu)，发(fā)现它的(de)大质量区域并不是(shì)在中间，而是(shì)在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的(de)解(jiě)释方(fāng)法就(jiù)是(shì)当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到(dào)的质量气体被卡在了(le)中间，暗(àn)物质则直接通过了(le)这个(gè)区域(yù)，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对(duì)子弹星系团的引(yǐn)力透镜研(yán)究也(yě)被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之(zhī)后(hòu)，可见光(guāng)终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上(shàng)留(liú)下了各相同(tóng)性的(de)微波辐射(shè)。其中红色的(de)部分表(biǎo)示温度(dù)较高(gāo)的区(qū)域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它们(men)之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万(wàn)分(fēn)之一。

科(kē)学家们通过对(duì)前景背(bèi)景(jǐng)分离后的(de)二值图像(xiàng)进行连通域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的(de)测量值，我们需要的(de)暗物(wù)质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比例是(shì)一(yī)致的。这就意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架(jià)，就(jiù)很(hěn)好地解释(shì)了很多不同的(de)观(guān)测结(jié)果。而暗物质的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在(zài)着(zhe)某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子(zi)，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引(yǐn)力(lì)来相(xiāng)互(hù)作(zuò)用(yòng)。所(suǒ)以如(rú)果能(néng)够(gòu)找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗物质存(cún)在(zài)的实际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是什(shén)么？科学(xué)家们已经提出(chū)了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目(mù)标粒子所需要的实(shí)验(yàn)方式(shì)也不相(xiāng)同。在过(guò)去的几(jǐ)十年当中，人类为(wèi)了寻(xún)找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们(men)已经进(jìn)行了超过50次的实(shí)验，却没有任(rèn)何实质性的发(fā)现，除了一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的(de)地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学(xué)实验室，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学家(jiā)声称观测(cè)到了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多(duō)年的数据(jù)收(shōu)集(jí)，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到(dào)最低，而且在20年当(dāng)中每年(nián)都是(shì)一(yī)样。一些科学家认为(wèi)这可能是(shì)人(rén)类发现(xiàn)暗物(wù)质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们(men)讲了太(tài)阳系(xì)正在以220公里/秒的速(sù)度(dù)围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如果暗物质(zhì)存在(zài)宇宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会(huì)产生相(xiāng)应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的(de)方向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一(yī)致的，而另(lìng)外半年则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正(zhèng)好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到(dào)了最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对(duì)银河系的(de)平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这(zhè)并不影(yǐng)响这(zhè)个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这可(kě)以(yǐ)用来解释，研(yán)究人(rén)员们所观(guān)测到的(de)周期性信号。当然(rán)也可能有其他的(de)情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差(chà)异也可能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意(yì)大利(lì)游客的数量(liàng)也符合这个(gè)周(zhōu)期(qī)的规律。

所以，科学(xué)家们又在(zài)南半(bàn)球(qiú)建立了一(yī)个(gè)几乎相同(tóng)的实验室，这里(lǐ)的季节与之前(qián)的实验室正好相反(fǎn)，而在(zài)这里，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(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得(dé)到(dào)相同的(de)信(xìn)号，就(jiù)可以成(chéng)为暗物(wù)质所存在的(de)非(fēi)常(cháng)有(yǒu)力的证据了。但是由于(yú)这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望(wàng)远镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)罗锅上山是什么意思，罗锅上山样子图片远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其(qí)中一(yī)个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极(jí)有可能拥(yōng)有另(lìng)一(yī)种神秘的效应，这种暗(àn)物质(zhì)效(xiào)应，会(huì)支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是(shì)生命进(jìn)化(huà)的(de)一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到进(jìn)一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢(ne)？或(huò)许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物(wù)质正在通过(guò)这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大(dà)前提是要(yào)先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那(nà)么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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