宇宙是“人为制(zhì)造”的？为(wèi)何(hé)会(huì)存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是(shì)什么？人类(lèi)为了(le)寻找暗物质存在(zài)的证(zhèng)据，科学(xué)家们(men)在(zài)过去的几十(shí)年(nián)当中进行(xíng)了(le)超(chāo)过50次的长期(qī)实(shí)验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某(mǒu)些(xiē)天体运行轨道出现(xiàn)异常，不(bù)符合万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发(fā)现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的(de)尺度(dù)当中(zhōng)，可当我(wǒ)们(men)上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一(yī)个由数(shù)千(qiān)个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星(xīng)系被引力(lì)束缚在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的质量一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量(liàng)的(de)范围。

第一种是获得其"光度(dù)学(xué)的质(zhì)量"，需要(yào)的数据(jù)是测量各个星系(xì)的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力学质量(liàng)的(de)计算(suàn)，是利(lì)用光谱红(hóng)移测(cè)量星系团(tuán)中的(de)各个星系相(xiāng)对于(yú)星系(xì)团的运动速度。当测(cè)量(liàng)结果出(chū)来之后，兹威基(jī)彻底懵(měng)了(le)，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度学(xué)质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形(xíng)式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异(yì)的是(shì)，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系团中很(hěn)多星系的速度(dù)比理(lǐ)论上要快得多(duō)，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系(xì)的质量(liàng)所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在(zài)星系团内(nèi)的，它(tā)们早就(jiù)应该被抛出星系团之外(wài)了(le)，除(chú)非有(yǒu)一(yī)种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量(liàng)来(lái)源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它(tā)不发(fā)散(sàn)光(guāng)、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们(men)对这样(yàng)的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来(lái)说，距离中心(xīn)越远的(de)恒(héng)星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人(rén)感到不可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的(de)万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大的质(zhì)量来吸引它(tā)们，这(zhè)些(xiē)外围的恒星(xīng)早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种相(xiāng)对(duì)标准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)就是测(cè)量星系当(dāng)中气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们(men)通过(guò)射电望远镜(jìng)测量了距离星系中(zhōng)心更(gèng)远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)并(bìng)不符合牛顿的(de)力学定(dìng)律。我们(men)的太阳系(xì)也不例外，太(tài)阳系位于银河(hé)系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太(tài)阳系(xì)的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际(jì)速度远远(yuǎn)大(dà)于理论(lùn)速(sù)度(dù)，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度的(de)原因很可能就是存在(zài)着一(yī)种我(wǒ)们看不到的物质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的(de)引力效(xiào)应将星系(xì)聚集在了一起。

也是(shì)从这时(shí)开(kāi)始，越(yuè)来越(yuè)多的(de)研究人员(yuán)开始相信暗(àn)物质的(de)存(cún)在。科学家根(gēn)据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可以(yǐ)解释这个(gè)现(xiàn)象(xiàng)的原(yuán)因(yīn)。在(zài)一项新的研(yán)究当中(zhōng)，科(kē)学家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎(hū)没(méi)有引力(lì)效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的(de)微(wēi)小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了(le)一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银河系不(bù)多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银(yín)河系的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学家(jiā)们使用最先进(jìn)的望(wàng)远镜对其进行了40个(gè)小时的详(xiáng)细(xì)测(cè)量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以(yǐ)用(yòng)正常的物质和(hé)力学定律(lǜ)来(lái)解释(shì)的。那么又有人提出，也(yě)许该星(xīng)系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它的附近没(méi)有任(rèn)何星系存在。造成(chéng)这些现象的(de)除了暗(àn)物质的假说之外(wài)，另一(yī)种可能就是人类(lèi)对引力的(de)理解还不够(gòu)全(quán)面，引力很(hěn)可能在不(bù)同尺度空间(jiān)中的工作(zuò)方(fāng)式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着它(tā)们的轨道，按照我(wǒ)们(men)所理解的方式运(yùn)动。但是上(shàng)升到(dào)星系(xì)和星团(tuán)的尺度(dù)，引力之间的相(xiāng)互作用则是(shì)不同的(de)方式。对(duì)于在星系团之间(jiān)的相(xi正方形的棱长是什么意思，正方形的棱长是什么什么叫棱长āng)互作用，科学家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光年(nián)的规模上(shàng)，巨大的(de)质量(liàng)之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理(lǐ)论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要对现在的物理定律进(jìn)行修(xiū)正，这些发(fā)现也(yě)让很多人认(rèn)为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在的其他的理(lǐ)论证据，这些理论(lùn)证据是(shì)蒙德理论所没法解(jiě)释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年(nián)的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们(men)大部分的普通质量都在(zài)星系的气体当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会导致温度的(de)急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星(xīng)系团大部分的质量将位(wèi)于所(suǒ)有这(zhè)些气(qì)体所在的(de)中间区(qū)域(yù)。那么我们通(tōng)过什么来验(yàn)证它的(de)质量区(qū)域(yù)到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回(huí)了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一(yī)张全彩的高(gāo)清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸(shēn)产生了(le)巨大的形变。其(qí)实这(zhè)些星系(xì)本身并不是真的被扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的(de)天体(tǐ)和我们地球上的观(guān)测者之间。被(bèi)一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的(de)光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个(gè)巨大的天体可(kě)能是超大质量(liàng)的(de)黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的(de)大质(zhì)量区域并不(bù)是在中间，而(ér)是(shì)在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接(jiē)通过了(le)这个区域，并(bìng)在两边形成了(le)引力(lì)透(tòu)镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的(de)理论证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光终(zhōng)于(yú)可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间背景上(shàng)留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝(lán)色(sè)则表示相对(duì)较冷(lěng)的区域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万分(fēn)之(zhī)一(yī)。

科学(xué)家们(men)通过(guò)对前景背景分离后的二(èr)值图像进(jìn)行连通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗(àn)物(wù)质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会减小，才变(biàn)得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释(shì)星(xīng)系(xì)当中恒星运(yùn)动所需(xū)要的暗(àn)物(wù)质比例是一(yī)致的(de)。这(zhè)就意(yì)味着。

用(yòng)了一个简单的(de)理论(lùn)框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解释了很(hěn)多(duō)不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的(de)本(běn)质就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某种类型的粒子(zi)，它们不参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互作(zuò)用。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到(dào)了(le)暗(àn)物质存在(zài)的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学(xué)家们(men)已经提(tí)出了数十种(zhǒng)的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需(xū)要(yào)的(de)实验方(fāng)式(shì)也不相(xiāng)同。在过去(qù)的几十年(nián)当中，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不(bù)会(huì)与常(cháng)规(guī)物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次(cì)的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的(de)地学(xué)实验室(shì)，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼(lóu)高的(de)探测器，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里的(de)科学家声称观测到了某种信号(hào)。经(jīng)过了20多年的(de)数据收集，人们发现了一个(gè)有趣(qù)的事情。探测(cè)率会在每年的(de)6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为这可(kě)能(néng)是人(rén)类(lèi)发现暗物(wù)质(zhì)的(de)第(dì)一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如(rú)果暗(àn)物质存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味着我们(men)也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质(zhì)流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有(yǒu)半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的(de)方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河系的(de)方向是一(yī)致(zhì)的(de)，而另外半年(nián)则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到(dào)完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了(le)60度(dù)的(de)倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人(rén)员们(men)所观测到的周期性信(xìn)号(hào)。当然也可能有其(qí)他(tā)的(de)情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信号(hào)的差异也可能(néng)是温度、湿(shī)度(dù)、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意(yì)大利游(yóu)客的数量(liàng)也(yě)符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立了一(yī)个(gè)几乎相同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季(jì)节与之前(qián)的实验室正好相反，而在(zài)这(zhè)里，地(dì)球穿过暗(àn)物质流的运动(dòng)特征和第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的(de)信号，就可以成为暗物(wù)质所(suǒ)存在(zài)的非(fēi)常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成(chéng)不(bù)久，所以截(jié)至目前还无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪(yí)器提供的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关(guān)键的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目以(yǐ)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)贾森斯特芬研(yán)究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥(yōng)有另(lìng)一种神秘(mì)的(de)效应，这种暗物质效(xiào)应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重要因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到进(jìn)一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味(wèi)着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大(dà)前提是要(yào)先找到暗物质存(cún)在的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的(de)支持是我更(gèng)新的动力(lì)！

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