宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为(wèi)何会存在科学无(wú)法解(jiě)释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是(shì)什么(me)？人类为(wèi)了寻找暗(àn)物质存在(zài)的证据(jù)，科学家(jiā)们在过(guò)去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长期(qī)实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任何(hé)的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学(xué)原(yuán)理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的几百年来，当天文学(xué)家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律的时候，他们(men)就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过(guò)天王星运(yùn)行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的发现都是应用(yòng)万有引力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天(tiān)文成就的例(lì)子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我(wǒ)们(men)上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事情(qíng)就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量(liàng)后发(fā)星系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这(zhè)些(xiē)星(xīng)系(xì)被(bèi)引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第(dì)一种是获(huò)得其"光(guāng)度学的质(zhì)量(liàng)"，需(xū)要的数(shù)据是测量(liàng)各个星系(xì)的(de)光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个(gè)星(xīng)系(xì)相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度(dù)学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者(zhě)说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看(kàn)到。最诡异(yì)的是，在(zài)测量速度的过(guò)程中，兹威(wēi)基发现星系团(tuán)中很多星(xīng)系(xì)的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的(de)运(yùn)动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产生(shēng)的引(yǐn)力是(shì)无法将它们束缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它们(men)早就应(yīng)该被抛出星(xīng)系团之外(wài)了，除(chú)非有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量(liàng)来(lái)源于(yú)某种隐(yǐn)形的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散(sàn)光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当时的(de)人们(men)对(duì)这样的一(yī)种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福(fú)特在(zài)观(guān)测(cè)仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但是(shì)他们(men)观测的结(jié)果(guǒ)却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的(de)增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛(niú)顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们(men)，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科(kē)学家们会(huì)使用(yòng)一(yī)种相对标(biāo)准的(de)方法(fǎ)来解释暗物(wù)质(zhì)的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测(cè)量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离星(xīng)系中心(xīn)的距离，以及在(zài)Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就(jiù)认为是由暗物(wù)质的力(lì)量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜测量了距离(lí)星(xīng)系(xì)中(zhōng)心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的(de)力学(xué)定律(lǜ)。我们的(de)太(tài)阳系也(yě)不例(lì)外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引(yǐn)力定律进行计(jì)算，太(tài)阳系的(de)运(yùn)行(xíng)速度应该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论速(sù)doi的时候怎么夹，doi是怎么夹度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速(sù)度的原因很可(kě)能就(jiù)是存(cún)在着(zhe)一(yī)种我们(men)看不到的物质，是(shì)这(zhè)些暗物质的(de)引力效(xiào)应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了一起。

也是(shì)从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的(de)速度(dù)，估算(suàn)在星系当中暗物(wù)质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不是(shì)唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会(huì)出(chū)现(xiàn)速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学(xué)家还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却只有银(yín)河系的(de)千分(fēn)之一(yī)。

所以在(zài)理(lǐ)论(lùn)上，该(gāi)星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是(shì)科学家(jiā)们(men)使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中的(de)恒(héng)星运动是可以用(yòng)正常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那(nà)么又有人(rén)提(tí)出，也(yě)许该(gāi)星(xīng)系的(de)暗(àn)物质，已经(jīng)被附(fù)近的另一个(gè)大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系(xì)存在。造成这(zhè)些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可(kě)能(néng)就是人类对(duì)引力的理解(jiě)还不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这意味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系和(hé)星(xīng)团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则(zé)是不同的(de)方(fāng)式(shì)。对于在星(xīng)系团之间的(de)相(xiāng)互作用，科(kē)学家(jiā)还引入了外部场效应(yīng)的(de)概念，指的(de)是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的(de)质(zhì)量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现(xiàn)在(zài)的物理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人(rén)认为暗物质假说(shuō)理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物质存在的其(qí)他的理论(lùn)证据(jù)，这些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所没(méi)法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们大部(bù)分的普通(tōng)质(zhì)量都在星系的(de)气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰(pèng)撞的时(shí)候(hòu)，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降低(dī)。所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团大部(bù)分的质量将(jiāng)位(wèi)于所有这(zhè)些气(qì)体所在的中间(jiān)区域。那(nà)么我们通过什么来验(yàn)证(zhèng)它(tā)的(de)质量区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大(dà)的形变(biàn)。其实(shí)这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了(le)什么问题，而是这(zhè)样(yàng)极(jí)遥远的(de)天体和我们地(dì)球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的(de)天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量(liàng)的东(dōng)西的引力(lì)，会使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区(qū)域并不是在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释方法就(jiù)是当星团(tuán)发生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物(wù)质则直接(jiē)通过了这个(gè)区域，并在(zài)两边形成了引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的引力透镜(jìng)研(yán)究也被认为是(shì)暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论(doi的时候怎么夹，doi是怎么夹lùn)证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的光(guāng)。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光终于(yú)可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后(hòu)，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上留(liú)下了各相同性(xìng)的(de)微波辐射。其(qí)中红色(sè)的部(bù)分(fēn)表示(shì)温度较(jiào)高(gāo)的区域(yù)，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较冷的(de)区(qū)域(yù)，但(dàn)实际上它(tā)们之间的温差只有万分(fēn)之(zhī)一(yī)。

科(kē)学家(jiā)们通过对前景背景分(fēn)离后(hòu)的二值图像(xiàng)进行连通域(yù)提(tí)取(qǔ)和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这(zhè)样(yàng)的(de)，而随着(zhe)暗(àn)物质的增(zēng)加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度(dù)会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背(bèi)景(jǐng)辐射的测(cè)量值，我们需(xū)要的暗物质(zhì)大约是(shì)普通物(wù)质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解释星系当(dāng)中恒星运动所需(xū)要的(de)暗物质比(bǐ)例是(shì)一(yī)致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地解释(shì)了很多不(bù)同(tóng)的观测(cè)结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电(diàn)磁(cí)作(zuò)用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能(néng)够找到这种(zhǒng)粒(lì)子的存在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。这种粒(lì)子到底是(shì)什么？科(kē)学家们已经(jīng)提出(chū)了数(shù)十种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要寻(xún)找这些不同(tóng)的目标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了(le)寻找这些看(kàn)不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物(wù)质相互(hù)作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行(xíng)了超过(guò)50次的(de)实验，却没(méi)有任何实质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一个地方，意(yì)大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的地学(xué)实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物(wù)质粒子(zi)的周(zhōu)期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学(xué)家声称观测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多年(nián)的数据收集(jí)，人(rén)们(men)发现了一个有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会在(zài)每年的6月(yuè)份(fèn)达(dá)到(dào)峰值，然后在11月降到(dào)最低(dī)，而且在20年当中每年都是一样。一些科(kē)学(xué)家认(rèn)为(wèi)这可能是人类发(fā)现暗(àn)物质的第一个直(zhí)接证据。

但是(shì)为(wèi)什(shén)么暗物质会产生(shēng)周(zhōu)期性(xìng)的(de)年度信号(hào)呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围(wéi)绕着(zhe)银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们也在(zài)以这样的速(sù)度在(zài)穿越着(zhe)暗物(wù)质流，这(zhè)个过(guò)程中会产生相(xiāng)应的(de)振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕银河系的方(fāng)向是(shì)一致的，而另(lìng)外半年则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是(shì)理论(lùn)上地球穿越暗物质流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了(le)最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际的(de)情况中(zhōng)，太阳(yáng)系(xì)相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的(de)有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释(shì)，研(yán)究人员(yuán)们(men)所观测到的周(zhōu)期性信号(hào)。当然也(yě)可能有其(qí)他的情(qíng)况，造成这(zhè)种年(nián)度周期信(xìn)号的(de)差(chà)异也(yě)可(kě)能是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意(yì)大利游客的(de)数量也(yě)符合这(zhè)个(gè)周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之前的实验室(shì)正好(hǎo)相反，而(ér)在这(zhè)里，地(dì)球穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动(dòng)特征和(hé)第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的(de)非常有力(lì)的(de)证据了(le)。但是由于(yú)这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还无法(fǎ)提供相应(yīng)的数(shù)据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃(bó)红外(wài)仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中(zhōng)一(yī)个关键的(de)用途就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研(yán)究发现，如果暗物(wù)质存在，它们极(jí)有可能拥有另(lìng)一种神秘(mì)的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到进一步的(de)证实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当中的(de)暗物质会不会(huì)意味着(zhe)人类并不孤单(dān)呢(ne)？或(huò)许在宇宙当中某个(gè)角(jiǎo)落的(de)行(xíng)星上，暗物(wù)质正在通过这(zhè)样的效(xiào)应(yīng)创造生命。当然(rán)，这(zhè)些推论(lùn)的(de)大前(qián)提是要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在(zài)的(de)实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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