宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会(huì)存(cún)在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的(de)证(zhèng)据(jù)，科学(xué)家们在过(guò)去的(de)几十年当(dāng)中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却(què)没有发现任何的有效(xiào)证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示(shì)了(le)宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的(de)规律。往后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通(tōng)过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗(huì)星、冥王(wáng)星的发(fā)现都(dōu)是应(yīng)用(yòng)万有引力定律所(suǒ)取得重大天(tiān)文成就的例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到(dào)星系或者是星团(tuán)的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星系团的质量。这是一(yī)个(gè)由(yóu)数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束(shù)缚在(zài)一起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量一般会使用到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一致(zhì)，就(jiù)可以(yǐ)确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学的(de)质量"，需要的数(shù)据是测量各(gè)个星系的(de)光度。

第二(èr)种(zhǒng)是(shì)动(dòng)力(lì)学(xué)质量的(de)计算，是利用光谱红(hóng)移测量(liàng)星系(xì)团中的各个星系相对于(yú)星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形(xíng)式所存在，我(wǒ)们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的速(sù)度(dù)比理(lǐ)论(lùn)上(shàng)要快得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所(suǒ)产(chǎn)生(shēng)的引力是无法将它们(men)束缚在(zài)星系团(tuán)内的，它(tā)们(men)早(zǎo)就应(yīng)该被抛出(chū)星系团之外了(le)，除非有(yǒu)一(yī)种神(shén)秘的力量在(zài)起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了这(zhè)样部分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部分的(de)质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特(tè)在观(guān)测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在其(qí)轨(guǐ)道上的运行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他(tā)们观测的结(jié)果却让人(rén)感到(dào)不可(kě)思议(yì)。

随(suí)着与中心(xīn)距(jù)离(lí)的增(zēng)加，恒(héng)星的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它(tā)们，这(zhè)些外(wài)围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基(jī)于这种现象(xiàng)，科(kē)学家(jiā)们会(huì)使用一种相对标准的(de)方法来解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星(xīng)系当中气体(tǐ)在(zài)X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速度(dù)。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测(cè)量了(le)距离星系中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋(xuán)转速度(dù)并(bìng)不(bù)符合牛顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们(men)的太阳系(xì)也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律进行计(jì)算(suàn)，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系(xì)旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这(zhè)种向心(xīn)加速度的(de)原因很(hěn)可(kě)能就是存(cún)在着一种(zhǒng)我们(men)看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在(zài)了一(yī)起(qǐ)。

也(yě)是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的(de)研(yán)究人员(yuán)开始(shǐ)相信暗(àn)物(wù)质的存在。科(kē)学家根(gēn)据星系外恒星轨道的(de)速度，估算(suàn)在星系当中暗(àn)物质的质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这(zhè)个现(xiàn)象的原(yuán)因(yīn)。在一项(xiàng)新(xīn)的(de)研究当中(zhōng)，科学家(jiā)们发(fā)现，几(jǐ)乎没(méi)有引力(lì)效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银河系不多，但(dàn)是星系当中存在(zài)的恒星数量却只有银河系(xì)的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学(xué)家们(men)使用最先进的望远镜(jìng)对其(qí)进行了40个小时的详(xiáng)细(xì)测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有(yǒu)人(rén)提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪(guài)的是，它(tā)的附近没有任何星系存在(zài)。造成这些(xiē)现象的除了(le)暗物(wù)质的假说(shuō)之(zhī)外，另(lìng)一种可能就(jiù)是人类对(duì)引力的理解(jiě)还不够(gòu)全面，引力很可能(néng)在不同尺(chǐ)度(dù)空(kōng)间(jiān)中的工作方式是不同的(de)，这意(yì)味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会(huì)沿着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运(yùn)动。但是上(shàng)升(shēng)到星(xīng)系和(hé)星团的尺度，引力(lì)之间的相互作(zuò)用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还(hái)引入(rù)了(le)外部场效应的概念(niàn)，指的(de)是在数(shù)百万光年的规模上(shàng)，巨(jù)大的质量之(zhī)间会产生对(duì)彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我(wǒ)们需要(yào)对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让(ràng)很多(duō)人认(rèn)为暗(àn)物质假说理(lǐ)论(lùn)就此终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的(de)气体当(dāng)中。当星团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相互(hù)作(zuò)用就会导致(zhì)温(wēn)度的急剧升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上，在(zài)碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所有(yǒu)这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们(men)通过什(shén)么来验证它(tā)的质量区域到(dào)底是不(bù)是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了(le)，也不是(shì)韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而(ér)是这样(yàng)极遥远的天体和(hé)我们地球上的观测者(zhě)之(zhī)间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的(de)引力(lì)，会使身后(hòu)更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可能(néng)是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对子弹星系团观测的时(shí)候，发(fā)现(xiàn)它(tā)的大(dà)质量区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最(zuì)好的解释(shì)方法就是当星团发(fā)生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可被观(guān)测到的(de)质量气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接通(tōng)过了(le)这个(gè)区域，并(bìng)在两边形成了(le)引力(lì)透(tòu)镜。对(duì)子弹星(xīng)系团的(de)引力(lì)透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留(liú)下了(le)各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的(de)部分表示温度较高的(de)区(qū)域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域(yù)，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万分(fēn)之一(yī)。

科学(xué)家(jiā)们通过对前(qián)景(jǐng)背(bèi)景分离(lí)后的二值(zhí)图像进行连通域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗(àn)物质，图(tú)形看起来不应该(gāi)是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会(huì)减小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波背(bèi)景辐(fú)射(shè)的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需(xū)要的暗物质比例是(shì)一致的(de)。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一(yī)个简单的(de)理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好地解(jiě)释了很多(duō)不同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗(àn)物质的(de)本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型(xíng)的粒子，它们(men)不(bù)参与任何其他的电磁(cí)作用(yòng)，只通过(guò)引力来(lái)相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经(jīng)提出了数(shù)十(shí)种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所(suǒ)需(xū)要的实验方(fāng)式也不相同。在(zài)过去的几十年(nián)当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相互(hù)作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的实验，却没有任何实(shí)质性(xìng)的发现，除了(le)一个地方(fāng)，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大的地(dì)学(xué)实验(yàn)室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层楼高的(de)探测器(qì)，一(yī)直致力(lì)于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测到了某种信(xìn)号。经(jīng)过了20多年(nián)的数(shù)据收集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都是(shì)一(yī)样。一(yī)些科学家认为这(zhè)可能是人类发现暗物质的第(dì)一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围(wéi)绕着银河系进行(xíng)移动(dòng)，那么如(rú)果暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味(wèi)着我们也在以这样(yàng)的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时(shí)地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以(yǐ)有半年(nián)的时间，地球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是一致的，而另外半年(nián)则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时(shí)候，地(dì)球与太(tài)阳(yáng)的方向正好达到完(wán)全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈现了(le)60度的(de)倾斜(xié)，但是这并不(bù)影响这(zhè)个(gè)理论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为这(zhè)可以用(yòng)来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大(dà)利游(yóu)客(kè)的数量也符合这个周期的规律。体重kg是公斤还是斤，体重50kg是多少斤p>

所以(yǐ)，科学家们又在南(nán)半(bàn)球建立了(le)一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之前的(de)实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征体重kg是公斤还是斤，体重50kg是多少斤和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得(dé)到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在的非(fēi)常有力(lì)的证(zhèng)据了。但是由(yóu)于(yú)这(zhè)个实(shí)验室刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应(yīng)的数据支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太(tài)空望(wàng)远镜(jìng)叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的(de)宽(kuān)视场仪(yí)器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一(yī)个关键的用途就是探索暗(àn)物质背后(hòu)的奥(ào)秘(mì)，对于探(tàn)测(cè)的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙当中生命的(de)诞生(shēng)，或(huò)者说(shuō)是生命进化(huà)的(de)一(yī)个重要(yào)因素。

如(rú)果这一理论(lùn)得到进一步(bù)的证实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物质会不会(huì)意味着人类并不(bù)孤单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角落(luò)的行星上(shàng)，暗物质(zhì)正在通(tōng)过(guò)这(zhè)样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到(dào)暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物(wù)质到(dào)底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力(lì)！

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