宇宙是“人为制(zhì)造”的(de)？为(wèi)何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是什么？人类为了(le)寻(xún)找暗(àn)物质存在的(de)证据，科学家们在(zài)过(guò)去的几十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实验(yàn)，但是却(què)没有发现任何的(de)有效证据。除了一个地(dì)方(fāng)，在(zài)1687年(nián)出版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它(tā)揭示(shì)了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动(dòng)的规律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天文学(xué)家们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的(de)时候，他(tā)们就会知道(dào)，周围一定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄(shè)动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王(wáng)星(xīng)运行轨道的(de)异(yì)常，推算并且发(fā)现(xiàn)了海(hǎi)王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都(dōu)是应用万有(yǒu)引力定(dìng)律所(suǒ)取得(dé)重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现(xiàn)都(dōu)是在恒星(xīng)系统的(de)尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开(kāi)始变(biàn)得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正在(zài)研究和测量(liàng)后(hòu)发(fā)星系团的质量。这是(shì)一个(gè)由数千个(gè)星(xīng)系所组成的巨大(dà)星系团，这(zhè)些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在(zài)一(yī)起。测(cè)量星(xīng)系团的质量(liàng)一般会使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种方法(fǎ)结果一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第一(yī)种是获得(dé)其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要(yào)的数据是测量各个(gè)星系的光度(dù)。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星(xīng)系(xì)团中的各(gè)个星系相对于星系团的运(yùn)动速(sù)度。当测(cè)量结果出来之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发座星(xīng)系团有99%的(de)质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并(bìng)不(bù)以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无(wú)法(fǎ)看到(dào)。最诡(guǐ)异的是，在测(cè)量(liàng)速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团中(zhōng)很多(duō)星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可见星系的(de)质量所产生的(de)引力是无(wú)法将它们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量来源于(yú)某种(zhǒng)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，它不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分(fēn)的质(zhì)量。只是当时的(de)人们(men)对这(zhè)样(yàng)的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一(yī)次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在观测仙女座星(xīng)系中的(de)恒星运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距(jù)离(lí)中心越远的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却让(ràng)人(rén)感到(dào)不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的增(zēn十公分有多长 10厘米就是10公分吗g)加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的(de)质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法来解(jiě)释暗物(wù)质(zhì)的(de)存在，这种方(fāng)法就(jiù)是(shì)测量星系当中气体在X轴上距离(lí)星(xīng)系中心的距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结(jié)果，就认为是由暗(àn)物(wù)质(zhì)的力量进入其(qí)中。

于是(shì)科学家们(men)通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星(xīng)系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合(hé)牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳(yáng)系(xì)也(yě)不例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂(bì)之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力(lì)定律进行计算(suàn)，太阳系的运行速(sù)度(dù)应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实际(jì)速(sù)度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的原因很可(kě)能就是(shì)存在着一种我们看不到的物质，是(shì)这些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚集在(zài)了(le)一(yī)起(qǐ)。

也是从(cóng)这时(shí)开始，越(yuè)来(lái)越多的(de)研究(jiū)人(rén)员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质的(de)存(cún)在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整(zhěng)个(gè)星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯(wéi)一(yī)可以解(jiě)释这(zhè)个现象的(de)原因。在(zài)一项新(xīn)的研(yán)究当中，科(kē)学家们(men)发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也会(huì)出现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学(xué)家还(hái)发现了一(yī)个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是(shì)星系(xì)当中(zhōng)存在(zài)的恒星数量却(què)只有银(yín)河系的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在(zài)暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进的(de)望(wàng)远镜对其进行了40个小时的(de)详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来解(jiě)释的。那(nà)么又(yòu)有(yǒu)人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除了(le)暗物质的(de)假说之外(wài)，另(lìng)一种可(kě)能就是人(rén)类对引力的理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意(yì)味(wèi)着在(zài)行(xíng)星系(xì)尺度中的天体会沿着(zhe)它们(men)的轨道，按(àn)照(zhào)我们(men)所理解的方式(shì)运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的(de)相互作用则(zé)是不(bù)同的(de)方式。对于在(zài)星系团(tuán)之(zhī)间的相互作用，科学(xué)家还引入了外部(bù)场效应的概念，指的(de)是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的(de)效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这意味着我们需要(yào)对(duì)现(xiàn)在的物理定(dìng)律进行修正，这(zhè)些发现(xiàn)也(yě)让很多人认(rèn)为暗物质(zhì)假说(shuō)理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于(yú)暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没(méi)法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年的子(zi)弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部(bù)分(fēn)的(de)普通(tōng)质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的(de)相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致(zhì)温度(dù)的急(jí)剧升高，速度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的(de)质(zhì)量将位于(yú)所有(yǒu)这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地(dì)看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不(bù)是(shì)真的被(bèi)扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的(de)观测者之(zhī)间(jiān)。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个(gè)超大质量(liàng)的东西的(de)引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲(qū)。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能(néng)是(shì)超(chāo)大质量的(de)黑洞或者是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大质量(liàng)区(qū)域并不是在中间，而(ér)是(shì)在两侧(cè)。所(suǒ)以最(zuì)好的解释方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时(shí)，可(kě)被观测到的质量气体被卡在(zài)了中间(jiān)，暗物质则直接通(tōng)过了这(zhè)个(gè)区(qū)域(yù)，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被(bèi)认(rèn)为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最(zuì)古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之(zhī)后，这些(xiē)光(guāng)在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的(de)部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示(shì)相对较冷(lěng)的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差(chà)只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前(qián)景(jǐng)背景分(fēn)离(lí)后的二值图像进(jìn)行连通域提(tí)取和标记(jì)之后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物质，图(tú)形(xíng)看起(qǐ)来(lái)不应(yī十公分有多长 10厘米就是10公分吗ng)该是这样的，而(ér)随着(zhe)暗物质的增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测(cè)量(liàng)值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗(àn)物质大(dà)约是(shì)普通物(wù)质的(de)5倍(bèi)。这(zhè)个(gè)数(shù)字与解释星系当中(zhōng)恒(héng)星运动所需要的(de)暗物(wù)质(zhì)比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论框架(jià)，就很(hěn)好地(dì)解释了很多不同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的(de)粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相互作用。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子的存(cún)在，就(jiù)相(xiāng)当于找到了(le)暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提(tí)出了数(shù)十(shí)种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目(mù)标粒子所(suǒ)需要的(de)实验方(fāng)式(shì)也不(bù)相同。在过去(qù)的几十(shí)年当中，人类为了(le)寻(xún)找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物(wù)质(zhì)相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实质性的(de)发现(xiàn)，除了一(yī)个(gè)地方(fāng)，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层楼(lóu)高的(de)探测器(qì)，一直致力于寻(xún)找暗(àn)物质粒子(zi)的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的科(kē)学家声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多(duō)年的(de)数(shù)据收(shōu)集，人们发(fā)现了一个(gè)有趣的事情。探测率(lǜ)会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年(nián)当(dāng)中每年都(dōu)是一样。一些(xiē)科学(xué)家认为这可能(néng)是人(rén)类发现暗物质(zhì)的第(dì)一个直接证据(jù)。

但(dàn)是为(wèi)什么暗(àn)物质会产(chǎn)生(shēng)周期性的年(nián)度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着(zhe)我们(men)也在以这(zhè)样的速(sù)度在穿越着(zhe)暗(àn)物质流(liú)，这个(gè)过程中会产生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同时地球又(yòu)以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半(bàn)年的(de)时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一致(zhì)的(de)，而(ér)另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时(shí)候，地(dì)球与太(tài)阳的方向正好达到完全(quán)一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰(qià)好达到了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的情况中，太(tài)阳系(xì)相(xiāng)对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响(xiǎng)这(zhè)个(gè)理论的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科(kē)学家认(rèn)为这(zhè)可以用(yòng)来解释(shì)，研究人员(yuán)们所观测到的(de)周(zhōu)期(qī)性信号。当然(rán)也可(kě)能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意(yì)大利游客(kè)的(de)数(shù)量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科(kē)学(xué)家们又在(zài)南半球建立了一个几乎(hū)相同(tóng)的实验室(shì)，这(zhè)里的季节(jié)与之前的(de)实验室(shì)正好相反，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一(yī)个实验室是一样的(de)。

因(yīn)此，如果在(zài)这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质(zhì)所(suǒ)存(cún)在的非常有力的证据了。但是由于这个(gè)实(shí)验室刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目(mù)前还(hái)无法(fǎ)提供(gōng)相应的(de)数据支(zhī)持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它(tā)的(de)宽视(shì)场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外(wài)仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个(gè)关键的(de)用途就是(shì)探索(suǒ)暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了(le)。费(fèi)米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗(àn)物(wù)质存在，它们(men)极有可能拥有(yǒu)另一种神(shén)秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生，或者说是生(shēng)命进化(huà)的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落(luò)的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论(lùn)的大前(qián)提是要先找到暗(àn)物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持(chí)是我更新的动力！

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