宇宙是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会存在科学(xué)无(wú)法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什(shén)么？人(rén)类(lèi)为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过(guò)去的几十年当中进(jìn)行(xíng)了超过50次的长期(qī)实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任何的有效(xiào)证据。除了(le)一(yī)个地方，在1687年出版的(de)自然哲(zhé)学(xué)数学原(yuán)理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表了万(wàn)有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当天(tiān)文学家们发现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道(dào)出现异(yì)常，不符合万有引力(lì)定(dìng)律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未知的(de)天体通过引力(lì)在摄(shè)动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就(jiù)通过天王星(xīng)运(yùn)行(xíng)轨道的异常，推(tuī)算并(bìng)且一尺九的腰围是多少厘米 一尺九的腰围是26还是27发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的发现都是应用万有引力定(dìng)律所取(qǔ)得重大天文(wén)成就的例(lì)子。但是这些发现都是(shì)在恒(héng)星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们(men)上升到星系或者(zhě)是(shì)星团的尺度(dù)，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨(cí)兹威基正在研(yán)究和测(cè)量后发星系团的质量。这是(shì)一个由数千个星系(xì)所组成的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束(shù)缚(fù)在一(yī)起。测量星系团的质(zhì)量(liàng)一般会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得(dé)其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学(xué)质量的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移(yí)测量星(xīng)系(xì)团中的各个(gè)星(xīng)系相对于星(xīng)系团的运动(dòng)速度。当(dāng)测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消(xiāo)失了(le)，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式所存(cún)在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测(cè)量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系(xì)团中很(hěn)多星系(xì)的速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可(kě)见星系的(de)质量所产(chǎn)生的引力是无法(fǎ)将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早(zǎo)就应该(gāi)被(bèi)抛出(chū)星(xīng)系团之外了，除(chú)非(fēi)有一(yī)种神秘的力(lì)量在起作用(yòng)，这种力量来(lái)源(yuán)于某种隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提出了(le)这样部分不可见的(de)暗(àn)质，它(tā)不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词(cí)才(cái)再一次出现。天(tiān)文学(xué)家(jiā)维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的(de)恒星运动。理论(lùn)上来说，距(jù)离中心越远的恒(héng)星在其(qí)轨道上的运行速度(dù)就会越慢(màn)。但(dàn)是他(tā)们(men)观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离(lí)的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大的质量(liàng)来(lái)吸引(yǐn)它们(men)，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测(cè)量星系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的(de)距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望(wàng)远镜测量了距一尺九的腰围是多少厘米 一尺九的腰围是26还是27离(lí)星(xīng)系(xì)中心更远距离的(de)氢元素(sù)，发现(xiàn)它(tā)们(men)的旋转速(sù)度(dù)并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银河系的(de)第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生(shēng)以上这(zhè)种向(xiàng)心加(jiā)速度的(de)原因很可能就是(shì)存在着一种(zhǒng)我们(men)看不到(dào)的物质，是这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应将(jiāng)星系聚(jù)集在了一起。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来越多的研究(jiū)人(rén)员开始相信暗物(wù)质(zhì)的存在(zài)。科(kē)学(xué)家(jiā)根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物(wù)质的质(zhì)量占(zhàn)整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一(yī)项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现(xiàn)，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出(chū)现(xiàn)速度上的微小差(chà)异。另外，天文(wén)学(xué)家还(hái)发(fā)现了一(yī)个反常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不(bù)多，但是星系当中(zhōng)存在(zài)的(de)恒星数量(liàng)却只有银河系的千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但是(shì)科学(xué)家(jiā)们使用最先(xiān)进的望远镜(jìng)对其(qí)进行(xíng)了40个(gè)小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的(de)恒星运(yùn)动是可(kě)以用正(zhèng)常的物质和力学定(dìng)律来解释的(de)。那(nà)么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗(àn)物质(zhì)，已(yǐ)经(jīng)被附(fù)近的另(lìng)一个大(dà)星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它的附近(jìn)没有(yǒu)任何星系存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一种可能(néng)就(jiù)是人类对(duì)引(yǐn)力的理解(jiě)还不够全面，引(yǐn)力(lì)很可能在不(bù)同尺度空间(jiān)中(zhōng)的工作方式是(shì)不同的，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺度中的天体会沿(yán)着(zhe)它们(men)的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和(hé)星(xīng)团(tuán)的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相互作用(yòng)则是不同的方式。对于在(zài)星(xīng)系团(tuán)之间的相互作用(yòng)，科(kē)学(xué)家还引入了外部场效应(yīng)的概念，指的(de)是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要(yào)对(duì)现在的(de)物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中还有关于(yú)暗物质存在(zài)的其他(tā)的理论证据，这(zhè)些理论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年(nián)的(de)子(zi)弹星系(xì)团，由两个(gè)碰撞的(de)星系团所组成，类似这样的(de)星(xīng)团，它们大(dà)部(bù)分(fēn)的(de)普(pǔ)通质量都在星系的气(qì)体当(dāng)中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际(jì)气体(tǐ)的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)就会导致(zhì)温度的(de)急剧升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)大部(bù)分的质量(liàng)将位于(yú)所(suǒ)有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我们(men)通过什么(me)来(lái)验证它(tā)的质量区(qū)域到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回(huí)了宇宙当中(zhōng)第一张全(quán)彩的高(gāo)清照片，在照(zhào)片中我们(men)可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多(duō)星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些(xiē)星系本(běn)身并不是真的(de)被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的(de)天体和我们地球(qiú)上的(de)观测者之间。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都(dōu)发生了(le)扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的(de)天体可(kě)能(néng)是超大质量的黑(hēi)洞或(huò)者是暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人(rén)们(men)对子弹(dàn)星系(xì)团观测(cè)的(de)时候，发现它的大质(zhì)量区域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方(fāng)法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个(gè)区域，并(bìng)在(zài)两边形成了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星(xīng)系团的(de)引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在(zài)的迄今为止最(zuì)好的理论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见(jiàn)光终于(yú)可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝(lán)色则表示相对较冷(lěng)的区域(yù)，但实际上(shàng)它们(men)之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学(xué)家们通过对前景背(bèi)景(jǐng)分离后的二(èr)值图像(xiàng)进行连(lián)通(tōng)域提取和标记(jì)之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗物质，图(tú)形看起(qǐ)来不应该是(shì)这样(yàng)的，而(ér)随着(zhe)暗物(wù)质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会(huì)减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐射的测(cè)量值，我们(men)需要(yào)的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释(shì)星系(xì)当中恒星(xīng)运(yùn)动所需(xū)要的暗物质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单的(de)理(lǐ)论(lùn)框架(jià)，就很好地解释(shì)了很(hěn)多不同的观测结(jié)果。而暗物质的本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引(yǐn)力来相互(hù)作用。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子的(de)存在，就(jiù)相当(dāng)于找到了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什(shén)么？科学家们已经提(tí)出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要(yào)的(de)实验方(fāng)式也不相同。在过去的几(jǐ)十年(nián)当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸(mō)不到(dào)，几乎不(bù)会与常规(guī)物质相互作(zuò)用的(de)“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除(chú)了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大的(de)地学(xué)实(shí)验(yàn)室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科(kē)学(xué)家声(shēng)称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们(men)发现(xiàn)了一个有趣的事情。探(tàn)测率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份(fèn)达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每(měi)年(nián)都是一样。一(yī)些(xiē)科学(xué)家(jiā)认为这可(kě)能是人类发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质会产生周期性的年度信(xìn)号(hào)呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银(yín)河系进行移(yí)动，那(nà)么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意味着(zhe)我(wǒ)们也在(zài)以这(zhè)样(yàng)的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地(dì)球又以(yǐ)30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环(huán)绕银河系(xì)的(de)方向是一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的(de)时段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的(de)情况中(zhōng)，太(tài)阳(yáng)系(xì)相对银河系(xì)的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释(shì)，研究人员们所观测到(dào)的周期性(xìng)信(xìn)号。当然也(yě)可能有其他的情况，造(zào)成这种年(nián)度周期信号(hào)的差异也可能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分、高(gāo)山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量(liàng)也符合这个周期的(de)规(guī)律。

所以，科学(xué)家们又(yòu)在南(nán)半球建立(lì)了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与之(zhī)前(qián)的实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而(ér)在(zài)这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动(dòng)特征(zhēng)和第一个(gè)实验(yàn)室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可(kě)以(yǐ)得(dé)到相同的信号，就可(kě)以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有力的证据(jù)了。但是(shì)由于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无(wú)法提供相应的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但(dàn)它(tā)的宽视(shì)场仪(yí)器提供的视(shì)野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜(jìng)其中(zhōng)一个(gè)关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后的(de)奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实(shí)验(yàn)室粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可能(néng)拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的(de)效应(yīng)，这种暗(àn)物质效应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞(dàn)生(shēng)，或者(zhě)说是生命(mìng)进化的一个重要因(yīn)素(sù)。

如(rú)果这一理论得(dé)到进一步(bù)的证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗(àn)物质(zhì)会(huì)不会意味着人(rén)类并不孤单(dān)呢(ne)？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当然(rán)，这些推论的大前提(tí)是要先找(zhǎo)到(dào)暗物质(zhì)存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物(wù)质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的(de)支(zhī)持是(shì)我更新的动力！

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