宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会(huì)存在科(kē)学无(wú)法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科(kē)学(xué)家们在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次(cì)的长期(qī)实验，但是却没(méi)有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运(yùn)动(dòng)的规律。往后(hòu)的几百年来，当天(tiān)文学家们发现某(mǒu)些(xiē)天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时候，他们就(jiù)会知道(dào)，周围一定(dìng)有未知(zhī)的天体通过(guò)引力在摄动(dòng)它的(de)轨道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过(guò)天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并且(qiě)发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在(zài)恒(héng)星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星系(xì)或者是星团的(de)尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在(zài)研究和测量后发星系(xì)团的质(zhì)量。这是一个(gè)由数千个星(xīng)系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星(xīng)系被引力束(shù)缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系(xì)团的质量一般会(huì)使用到(dào)两种方(fāng)法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第(dì)一种是获得(dé)其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测(cè)量(liàng)各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学(xué)质量的(de)计算，是利(lì)用(yòng)光谱红移测量星系团(tuán)中的各个星(xīng)系(xì)相对于星系团的运动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后发座星系(xì)团有99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形(xíng)式(shì)所存在，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测量速(sù)度(dù)的(de)过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多(duō)星系的速度比理论上(shàng)要(yào)快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系的质量(liàng)所产生(shēng)的引力是(shì)无法将(jiāng)它们束缚在星系团内(nèi)的，它(tā)们早就(jiù)应该被抛出星(xīng)系团之外了，除(chú)非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力(lì)量(liàng)来源于某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可(kě)见(jiàn)的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却(què)占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人(rén)们对这样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑(xiè)一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才(cái)再一次(cì)出(chū)现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在(zài)其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到(dào)不(bù)可思议。

随着与中心距离(lí)的(de)增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿的(de)万有引力(lì)定(dìng)律，在星(xīng)系当(dāng)中如果没有足够大的(de)质量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些外围的(de)恒(héng)星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相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解释暗(àn)物质(zhì)的存(cún)在，这种方法(fǎ)就是(shì)测量星(xīng)系当中气(qì)体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现异常(cháng)的结(jié)果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于(yú)是(shì)科学家们通过射电望远镜测量了距离星(xīng)系(xì)中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定(dìng)律。我们的(de)太(tài)阳系也(yě)不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳(yáng)系的(de)运行速度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围绕(rào)银河系旋转，这个(gè)实际(jì)速(sù)度远远大于理论速度(dù)，那么(me)产生(shēng)以上(shàng)这(zhè)种向心加速度(dù)的原因(yīn)很可能就(jiù)是(shì)存在着一种我们看(kàn)不(bù)到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根(gēn)据星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道(dào)的速(sù)度，估(gū)算(suàn)在(zài)星系当中暗(àn)物质(zhì)的质(zhì)量占整个星系质量的(de)85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释这个(gè)现象的原因(yīn)。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的(de)遥远恒星之间，也会(huì)出现速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年(nián)，大(dà)小和银河系(xì)不(bù)多，但(dàn)是星系当中存在的恒星(xīng)数量却(què)只有银河系(xì)的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须(xū)存(cún)在暗物(wù)质，否(fǒu)则就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是科学家们(men)使用(yòng)最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量之(zhī)后(hòu)，发(fā)现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常(cháng)的物(wù)质和(hé)力学定律来(lái)解释的。那(nà)么(me)又有人提(tí)出，也许该(gāi)星(xīng)系的暗物质，已经被附近(jìn)的另(lìng)一个大星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是(shì)，它的附近(jìn)没有(yǒu)任何星系存(cún)在。造成这些现象的除了(le)暗物质(zhì)的(de)假说之外，另(lìng)一(yī)种可能就(jiù)是(shì)人类(lèi)对引力的理解(jiě)还(hái)不够全(quán)面(miàn)，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作方式是不同的，这意味(wèi)着(zhe)在行星系尺度(dù)中的天体会沿(yán)着它(tā)们的轨道，按(àn)照我们所理解的方(fāng)式运(yùn)动(dòng)。但是(shì)上升到星系和星团的尺度，引力(lì)之间的(de)相(xiāng)互作用则是不同的(de)方式。对于(yú)在星系团之间(jiān)的相互(hù)作用(yòng)，科(kē)学家还引(yǐn)入了外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规(guī)模上，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会产(chǎn)生(shēng)对(duì)彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意(yì)味着(zhe)我们需(xū)要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定(dìng)律进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还有关(guān)于(yú)暗物(wù)质存在的其(qí)他(tā)的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没(méi)法解释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光(guāng)年(nián)的(de)子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)就会导致温度的急剧升高(gāo)，速(sù)度大幅(fú)降(jiàng)低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于(yú)所有这些气体所(suǒ)在的(de)中间区域。那么我(wǒ)们通(tōng)过什么来验证它的质量区域到底是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似(shì)乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲(qū)了(le)，也不是(shì)韦伯望远镜出了什(shén)么问题(tí)，而是(shì)这样极(jí)遥远的天体(tǐ)和(hé)我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的东西(xī)的引力(lì)，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这个(gè)巨大的(de)天(tiān)体(tǐ)可能是超大质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以(yǐ)当(dāng)人(rén)们对(duì)子(zi)弹星系团(tuán)观测的(de)时(shí)候，发(fā)现它的大质量区域并不是在中(zhōng)间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以最好(hǎo)的(de)解释方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被观(guān)测(cè)到(dào)的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则(zé)直(zhí)接(jiē)通(tōng)过了这个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有来自(zì)宇宙当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留(liú)下(xià)了(le)各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温(wēn)差只(zhǐ)有万(wàn)分之一。

科学家(jiā)们通过对(duì)前景背景分离后的(de)二值图像(xiàng)进行连通域提取(qǔ)和(hé)标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来(lái)不(bù)应该是这样(yàng)的，而随着(zhe)暗物质的(de)增加(jiā)，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的(de)测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理(lǐ)论(lùn)框架，就很(hěn)好地(dì)解释了很(hěn)多不同的(de)观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着(zhe)某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任(rèn)何其他的(de)电磁作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当于(yú)找到了(le)暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒(lì)子(zi)到底是什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子(zi)所需要的实验方式也(yě)不相(xiāng)同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看(kàn)不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性(xìng)的发现，除了(le)一个地方(fāng)，意大利(lì)的(de)格(gé)兰萨索山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏(cáng)着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物(wù)质粒(lì)子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家声称观测(cè)到(dào)了(le)某种信号。经民盟的加入条件是什么，民盟的加入条件是什么样的过了20多年的数据收集，人(rén)们发(fā)现了一个有趣的事(shì)情(qíng)。探(tàn)测率会在每年的6月(yuè)份达(dá)到峰值，然(rán)后在(zài)11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些(xiē)科学家认为这可(kě)能是(shì)人类发现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么(me)暗物(wù)质会产生周期(qī)性的(de)年度信号呢？刚才我们(men)讲了(le)太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移(yí)动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以(yǐ)这(zhè)样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕(rào)银河(hé)系的方向(xiàng)是一致的，而另外半(bàn)年则与之(zhī)相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向(xiàng)正好(hǎo)达到(dào)完全一(yī)致，这是(shì)理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快(kuài)的时(shí)段。而在11月份(fèn)，又恰好达(dá)到(dào)了最慢值。尽管在实(shí)际的(de)情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是(shì)这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来(lái)解释，研(yán)究(jiū)人员们所观(guān)测到的周期(qī)性信号(hào)。当(dāng)然也可(kě)能有(yǒu)其他的(de)情(qíng)况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度(dù)周期信号的(de)差(chà)异也可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大利(lì)游客(kè)的(de)数量也符合(hé)这(zhè)个周期的规律。

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所以，科学家们又(yòu)在(zài)南(nán)半球建立了一(yī)个几乎相同的实(shí)验(yàn)室，这里的季节与之前的实验室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿过(guò)暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗(àn)物质所(suǒ)存在的非常有力(lì)的证(zhèng)据(jù)了。但是由(yóu)于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台新的望远镜，这(zhè)台(tái)太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野(yě)是哈勃红外(wài)仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中一个关键的用(yòng)途就是探索暗(àn)物质背后的奥(ào)秘(mì)，对于(yú)探测的(de)结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子天体物(wù)理中心(xīn)的科(kē)学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会(huì)不会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在通过(guò)这样的(de)效应创造生命。当(dāng)然(rán)，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们(men)觉得暗(àn)物质到(dào)底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力(lì)！

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