宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在(zài)科学(xué)无(wú)法解释的“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又究(jiū)竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科(kē)学家们在过去的几十年当(dāng)中进行了(le)超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效(xiào)证(zhèng)据(jù)。除(chú)了一(yī)个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克(kè)牛顿(dùn)发表了万(wàn)有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运动的(de)规律。往后的几百年来(lái)，当(dāng)天文(wén)学家(jiā)们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的(de)时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王星的(de)存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是应用万有引力定律所取得重大(dà)天文成就的例子。但(dàn)是这些(xiē)发(fā)现都是在恒(héng)星系(xì)统的尺度当承蒙不弃,余生尽予什么意思，承蒙不弃,余生尽予的意思中，可当(dāng)我们上升到星系或者是(shì)星团的(de)尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞(ruì)士(shì)的物理学(xué)家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后(hòu)发(fā)星系团的质(zhì)量(liàng)。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星(xīng)系(xì)被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团(tuán)的(de)质量一般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种方(fāng)法结(jié)果一致，就可(kě)以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获(huò)得(dé)其(qí)"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测(cè)量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的(de)计(jì)算，是利用光谱(pǔ)红移(yí)测量星系团(tuán)中的各(gè)个星系(xì)相对于星系团的运动(dòng)速(sù)度。当(dāng)测(cè)量(liàng)结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存(cún)在，我们无法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系(xì)的速(sù)度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学(xué)定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见星(xīng)系的质量(liàng)所产生的引(yǐn)力是无法将它(tā)们束(shù)缚在(zài)星系团(tuán)内的，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的(de)力量在起作(zuò)用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这(zhè)样部(bù)分不(bù)可见的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但是它(tā)们(men)却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝(jué)大(dà)部分的质(zhì)量。只是当(dāng)时的人们对这样的(de)一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出(chū)现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在(zài)观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离(lí)中心(xīn)越远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨道上的运行(xíng)速度(dù)就会(huì)越慢。但是他们观(guān)测(cè)的结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的(de)质量来吸引它(tā)们，这(zhè)些外(wài)围的恒星(xīng)早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星系当中气(qì)体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异(yì)常的(de)结果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例(lì)外(wài)，太阳(yáng)系位于(yú)银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银(yín)河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个实际(jì)速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么(me)产生以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速度(dù)的原因很(hěn)可能就是(shì)存在着(zhe)一种我们看不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从(cóng)这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物(wù)质的存在(zài)。科学家(jiā)根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星(xīng)系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不是(shì)唯一可以解(jiě)释这个现象(xiàng)的原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出现速(sù)度(dù)上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在(zài)的(de)恒星数量却只有银河(hé)系的(de)千分之一(yī)。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星系必(bì)须(xū)存在(zài)暗物(wù)质(zhì)，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科(kē)学家们使用最先进的(de)望远镜对其进行了(le)40个小时的详细(xì)测(cè)量(liàng)之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用正常(cháng)的物质和力(lì)学定(dìng)律来解释(shì)的。那么又(yòu)有人提(tí)出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成(chéng)这些(xiē)现象的(de)除了暗物质的(de)假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在(zài)不同尺度空间中的工(gōng)作(zuò)方式是不(bù)同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但是(shì)上升到星系和(hé)星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系(xì)团之间的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)，科(kē)学家还引入(rù)了外部场效应(yīng)的概念，指的是(shì)在数(shù)百(bǎi)万光(guāng)年的规模上，巨(jù)大的(de)质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这意味着我(wǒ)们(men)需要对现(xiàn)在(zài)的(de)物理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这些发现也让(ràng)很(hěn)多(duō)人(rén)认为暗物质(zhì)假说理论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在(zài)的其(qí)他的理论证据，这些理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据是蒙(méng)德(dé)理论所没法解(jiě)释的(de)“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成(chéng)，类(lèi)似这(zhè)样的星(xīng)团，它们大部分的(de)普通质量都在星系的气体(tǐ)当(dāng)中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体(tǐ)的相互作用就(jiù)会导致(zhì)温度(dù)的(de)急剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所以在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系(xì)团大部分(fēn)的质(zhì)量将位于(yú)所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在(zài)的中间区域。那么我们(men)通(tōng)过什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全彩的高(gāo)清照片，在(zài)照片中我们(men)可以明显地看到(dào)很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的(de)被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是(shì)韦伯(bó)望远镜出了什么(me)问(wèn)题，而(ér)是这(zhè)样极遥远(yuǎn)的天体和我们地(dì)球(qiú)上的观测者(zhě)之间。被一(yī)个(gè)质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质量的东(dōng)西的(de)引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥远星(xīng)系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对子弹星(xīng)系(xì)团观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释(shì)方法就(jiù)是当(dāng)星团发(fā)生全(quán)部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气(qì)体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域(yù)，并(bìng)在两边(biān)形成了引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质存在的(de)迄(qì)今(jīn)为止最(zuì)好的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外(wài)，还有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经过了(le)130多亿(yì)年之(zhī)后，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间(jiān)背(bèi)景(jǐng)上留下了各相同(tóng)性的微波辐(fú)射(shè)。其中红色的部分表示温(wēn)度(dù)较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷(lěng)的区(qū)域，但(dàn)实际上(shàng)它们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图(tú)像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没(méi)有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样的，而(ér)随着(zhe)暗物质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗物质大约是(shì)普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例(lì)是一致的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单的理论(lùn)框(kuāng)架，就很(hěn)好地解(jiě)释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与任(rèn)何其他的电(diàn)磁作(zuò)用(yòng)，只通过引力来(lái)相互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当于(yú)找(zhǎo)到了暗物质存(cún)在的(de)实际证据。这种粒子到底是什(shén)么(me)？科学家们已经提(tí)出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需(xū)要的实验方式(shì)也不相同。在过(guò)去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎(hū)不会与常规物质(zhì)相互(hù)作用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何(hé)实质性的发(fā)现，除了一(yī)个地方，意大利的(de)格兰萨索山(shān)，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑斯(sī)山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球(qiú)上最(zuì)大的(de)地学实验(yàn)室，这个(gè)实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据(jù)收集，人们发现了一(yī)个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一(yī)样。一些(xiē)科学家(jiā)认为这可(kě)能是人(rén)类发(fā)现暗(àn)物质的第一个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是(shì)为什么(me)暗物质会(huì)产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了(le)太阳(yáng)系(xì)正在以220公里/秒的(de)速度(dù)围绕着银(yín)河系进行移(yí)动(dòng)，那(nà)么如果暗(àn)物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我(wǒ)们(men)也在以这样(yàng)的速度(dù)在穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生相应的(de)振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太(tài)阳进行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的(de)方向与太(tài)阳环绕银河系(xì)的方向是一致的(de)，而另外(wài)半年则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方(fāng)向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快(kuài)的时段。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到(dào)了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了(le)60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影响这个(gè)理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科(kē)学家认为这可(kě)以(yǐ)用来解释，研究人(rén)员们所(suǒ)观测到的(de)周期性信号。当然也(yě)可(kě)能有其他的(de)情况，造成(chéng)这种年度周(zhōu)期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数(shù)量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学(xué)家们又在南(nán)半球建(jiàn)立(lì)了一个(gè)几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室，这(zhè)里的(de)季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的(de)运动特征(zhēng)和(hé)第一(yī)个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物(wù)质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚(gāng)刚建成(chéng)不久，所以截至(zhì)目前还无(wú)法(fǎ)提(tí)供相应的数据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜(jìng)，这台(tái)太空望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相同，但它的(de)宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们(men)只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子(zi)天(tiān)体物(wù)理(lǐ)中心的科(kē)学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如果暗物(wù)质存在，它们(men)极有可能拥有另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种暗(àn)物(wù)质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者(zhě)说(shuō)是生(shēng)命进化的(de)一个重要(yào)因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会不会意味(wèi)着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然(rán)，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的(de)支持是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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