宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存(cún)在科(kē)学无法解(jiě)释的(de)“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物(wù)质存在(zài)的证据，科(kē)学家们在过(guò)去的几十(shí)年当(dāng)中进行了超过50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但是却(què)没有发现(xiàn)任(rèn)何(hé)的(de)有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规(guī)律。往后的(de)几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨道(dào)出现异(yì)常，不符合(hé)万有引力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海(hǎi)王星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引力定律所(suǒ)取得重大天(tiān)文成就的例子(zi)。但是这(zhè)些发现(xiàn)都是在(zài)恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我(wǒ)们上升到星系或(huò)者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗里茨(cí)兹威基(jī)正(zhèng)在研究(jiū)和测(cè)量后发(fā)星系团(tuán)的质(zhì)量。这是一个由数千个(gè)星系(xì)所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般(bān)会使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就(jiù)可以(yǐ)确定(dìng)其(qí)质量(liàng)的范围。

第(dì)一种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是动力学(xué)质量的计(jì)算(suàn)，是(shì)利用(yòng)光谱红移测(cè)量星系团中的各个(gè)星系相对于星系团(tuán)的运动速度(dù)。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基(jī)彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式(shì)所存在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异(yì)的是，在(zài)测量(liàng)速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团(tuán)中(zhōng)很多星系的(de)速度比理(lǐ)论(lùn)上(shàng)要快得多，按(àn)照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出(chū)星系(xì)团之外(wài)了，除(chú)非有一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘的力量在起作(zuò)用，这(zhè)种力(lì)量(liàng)来源于(yú)某种隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此，兹(zī)维基提出了这(zhè)样部(bù)分不可见(jiàn)的暗质，它不发散(sàn)光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的(de)质(zhì)量。只是当(dāng)时(shí)的人们对这样(yàng)的一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词(cí)才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在(zài)观测(cè)仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒星(xīng)在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢(màn)。但是他们观(guān)测(cè)的结果却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是(shì)根(gēn)据牛顿(dùn)的万有(yǒu)引力定律，在星(xīng)系(xì)当(dāng)中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围(wéi)的(de)恒星早就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象，科学(xué)家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是测量(liàng)星(xīng)系当中气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异(yì)常的结果(guǒ)，就(jiù)认为(wèi)是由暗物(wù)质的力量进入(rù)其中(zhōng)。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射电(diàn)望远镜(jìng)测(cè)量了距离(lí)星(xīng)系中(zhōng)心更远距离的(de)氢(qīng)元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符(fú)合牛顿的(de)力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太(tài)阳(yáng)系位于(yú)银(yín)河系的第三悬(xuán)臂之上，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算(suàn)，太(tài)阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕银河(hé)系(xì)旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速(sù)度(dù)，那么产生(shēng)以上这种向心加(jiā)速度(dù)的(de)原因很可能就是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看不到的物(wù)质(zhì)，是(shì)这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来越多(duō)的(de)研究人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒(héng)星轨道(dào)的(de)速度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是(shì)唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的(de)微(wēi)小差(chà)异。另(lìng)外(wài)，天文学(xué)家还发现了一(yī)个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的(de)详细测量之后，发现星系中的(de)恒星(xīng)运(yùn)动是可以用正常的(de)物(wù)质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附(fù)近(jìn)的另(lìng)一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星(xīng)系存(cún)在。造成这些现象的(de)除(chú)了暗物质(zhì)的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类(lèi)对引力的理解还不够全(quán)面，引力很可(kě)能在(zài)不同尺度空间中的工(gōng)作方式(shì)是不(bù)同的，这意味着在行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理解的方式(shì)运动。但(dàn)是上(shàng)升(shēng)到星系(xì)和星团的尺度，引力之间的(de)相互作用则是不(bù)同的(de)方式。对于在星系团(tuán)之间的相互(hù)作(zuò)用，科(kē)学家还引入(rù)了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百(bǎi)万光年的规模上，巨大(dà)的质量之间会(huì)产(chǎn)生对彼(bǐ)此(cǐ十斋日是哪几天，十斋日是哪几天是农历)特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这意味(wèi)着我们(men)需要对现在的(de)物理定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这些发现也让很(hěn)多人(rén)认为(wèi)暗物(wù)质假说理论(lùn)就此终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关(guān)于(yú)暗物质存(cún)在(zài)的其他(tā)的理论证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的(de)星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它(tā)们大部(bù)分的普通质量(liàng)都在星系的(de)气(qì)体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子弹星系(xì)团大部分(fēn)的质(zhì)量(liàng)将位于所有这些(xiē)气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通(tōng)过什(shén)么来验证(zhèng)它的质(zhì)量区(qū)域到(dào)底是(shì)不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜传回了(le)宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可以(yǐ)明(míng)显地(dì)看到很(hěn)多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出(chū)了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体和我们(men)地球(qiú)上(shàng)的(de)观(guān)测者之间。被一个(gè)质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个(gè)超(chāo)大质量的东(dōng)西的引力(lì)，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效(xiào)应(yīng)。这个(gè)巨大的天体可能(néng)是超大(dà)质量的黑洞(dòng)或者是(shì)暗物(wù)质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测(cè)的时候，发现它的大质量区域并不(bù)是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域，并在两边(biān)形(xíng)成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证据(jù)。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了(le)。经过(guò)了(le)130多亿年(nián)之后(hòu)，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上留下了各相同(tóng)性(xìng)的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部分表示(shì)温度较高的(de)区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对较冷(lěng)的(de)区域，但(dàn)实际上它们之(zhī)间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们(men)通过对前景(jǐng)背景分离(lí)后的二值图像进行连通域提取和标记之(zhī)后(hòu)发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐射的(de)测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理(lǐ)论框架(jià)，就很(hěn)好(hǎo)地解释了(le)很多(duō)不(bù)同的观测结果。而暗(àn)物质(zhì)的(de)本(běn)质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们(men)不(bù)参与任何其(qí)他的电磁(cí)作(zuò)用，只通(tōng)过引力来(lái)相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当(dāng)于找到(dào)了暗(àn)物质存(cún)在的实际(jì)证据(jù)。这种(zhǒng)粒(lì)子到底是什么？科学家们已经(jīng)提出了数(shù)十(shí)种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要(yào)寻找(zhǎo)这些(xiē)不(bù)同的目标粒子所需要的(de)实(shí)验方式也不相(xiāng)同(tóng)。在过(guò)去的(de)几十年当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用(yòng)的(de)“暗(àn)物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次(cì)的实(shí)验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大(dà)的(de)地学(xué)实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的(de)探测器(qì)，一直致(zhì)力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学(xué)家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年的数据(jù)收集(jí)，人们发(fā)现了一个有趣的(de)事情。探测率会(huì)在每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当(dāng)中每(měi)年(nián)都(dōu)是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类发现暗(àn)物质的第一个直接证据。

但是为什么(me)暗(àn)物(wù)质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕(rào)着银河系进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也(yě)在(zài)以这样(yàng)的(de)速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同(tóng)时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河系的方向是(shì)一致的，而另外(wài)半年则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地(dì)球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质(zhì)流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系相对(duì)银河(hé)系的平面(miàn)呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有(yǒu)效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度(dù)周期(qī)信号的差(chà)异(yì)也可能是(shì)温度(dù)、湿(shī)度、土壤中的水分、高(gāo)山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符合这个(gè)周期的规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们(men)又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室(shì)，这里的季(jì)节与之前的实验室(shì)正(zhèng)好相反，而在这里，地(dì)球穿(chuān)过(guò)暗物(wù)质流的运动特征和第一个(gè)实(shí)验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得到相(xiāng)同(tóng)的(de)信(xìn)号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了(le)。但(dàn)是由(yóu)于(yú)这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目(mù)前还无法提供相(xiāng)应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望(wàng)远镜叫(jiào)做“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场仪器提(tí)供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜(jìng)其中一(yī)个关键的(de)用途就(jiù)是(shì)探索(suǒ)暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究(jiū)发现，如果暗物(wù)质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一种神秘的(de)效(xiào)应，这种暗物(wù)质效应，会支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是(shì)生命进(jìn)化的一(yī)个重要因素。

如(rú)果这(zhè)一理论得(dé)到(dào)进(jìn)一步的证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会(huì)意味着人类(lèi)并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落(luò)的行星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通(tōng)过这样的效(xiào)应创造(zào)生(shēng)命(mìng)。当(dāng)然，这些推(tuī)论(lùn)的大前提是要先找到暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的支持(chí)是我更新的动力！

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