宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会(huì)存在科学无法解释(shì)的“暗(àn)物质(zhì)”？暗(àn)物(wù)质又究(jiū)竟是什么？人(rén)类为了寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物质存在的证据，科(kē)学家们(men)在过去的(de)几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长期实验，但是(shì)却(què)没有发现任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一个地方，在(zài)1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学数(shù)学原理一书(shū)中，埃(āi)萨(sà)克(kè)牛顿(dùn)发(fā)表了万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的(de)规律。往后的几百年(nián)来，当天(tiān)文学家们(men)发现某些天体(tǐ)运行轨道出(chū)现异(yì)常，不符合万有引(yǐn)力定(dìng)律的时(shí)候，他们就会知道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知(zhī)的(de)天体通(tōng)过引力在摄(shè)动它的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥(ào)本勒(lēi)维(wéi)耶就(jiù)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(léi)彗星(xīng)、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得重大(dà)天文成就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系(xì)统(tǒng)的(de)尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系(xì)或者是星团的尺度(dù)，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在(zài)研(yán)究和测量(liàng)后发星(xīng)系团的(de)质(zhì)量。这(zhè)是一(yī)个由数千个星系所组成(chéng)的巨(jù)大星系团(tuán)，这些星系(xì)被引(yǐn)力(lì)束缚(fù)在(zài)一起(qǐ)。测量(liàng)星(xīng)系团的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需要(yào)的数(shù)据是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的(de)计算，是利用光谱红(hóng)移(yí)测量星系团(tuán)中的各个(gè)星系(xì)相对(duì)于星系团的运(yùn)动速(sù)度。当测(cè)量结果出来之后，兹(zī)威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的(de)质量(liàng)消(xiāo)失(shī)了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在(zài)，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的(de)是，在测量(liàng)速度的(de)过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多(duō)星系的速度(dù)比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系(xì)的质量(liàng)所产生(shēng)的(de)引力是无法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就(jiù)应该被抛出星系(xì)团之(zhī)外了，除非(fēi)有一(yī)种神(shén)秘(mì)的力量在起作(zuò)用，这(zhè)种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了这样部分不可(kě)见(jiàn)的暗质(zhì)，它不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝(jué)大部分的质(zhì)量。只是当时的(de)人们对这样的一种说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上(shàng)来说，距离(lí)中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上(shàng)的运行速(sù)度就会越慢。但是他(tā)们观测的(de)结(jié)果却让人感到不可思议。

随(suí)着(zhe)与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可(kě)是根据牛(niú)顿的(de)万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大的质量(liàng)来(lái)吸引它(tā)们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学家们会使用一(yī)种相对标准的方(fāng)法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋(xuán)转速(sù)度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于(yú)是科学家们(men)通过(guò)射电(diàn)望远镜测(cè)量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合(hé)牛顿的力(lì)学定律。我们的(de)太(tài)阳系也不(bù)例外(wài)，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂(bì)之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)进行计(jì)算，太(tài)阳(yáng)系的运(yùn)行速度应(yīng)该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速(sù)度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种(zhǒng)向心加速(sù)度(dù)的(de)原(yuán)因很可能就是存在(zài)着一种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物(wù)质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越(yuè)来(lái)越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家(jiā)根据星系外恒(héng)星轨道的速(sù)度，估算(suàn)在星(xīng)系当中暗物(wù)质的质量占整个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度(dù)上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须存在暗物(wù)质(zhì)，否则(zé)就会(huì)分崩离析(xī)。但是科学(xué)家们使用最(zuì)先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的(de)详(xiáng)细(xì)测(cè)量之(zhī)后(hòu)，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以用(yòng)正常的物(wù)质和力学定律来解释的。那(nà)么又有人提(tí)出(chū)，也(yě)许该(gāi)星系(xì)的暗物(wù)质，已经(jīng)被附近的另一(yī)个大星系(xì)剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有(yǒu)任(rèn)何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的(de)假说(shuō)之外(wài)，另一种可能就(jiù)是人蟑螂爬过的地方有细菌吗 蟑螂可以彻底消灭吗类(lèi)对引力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式(shì)是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺(chǐ)度中的天(tiān)体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们(men)所理解的方(fāng)式(shì)运动。但是上升到(dào)星系和星(xīng)团的尺度，引力(lì)之间的相互作用则是(shì)不同的方式。对(duì)于(yú)在星系团之间的相互作(zuò)用(yòng)，科(kē)学家还引(yǐn)入了外部场效(xiào)应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百万光年的(de)规模(mó)上，巨大的质量(liàng)之间会产生对(duì)彼此特(tè)殊(shū)的(de)效果(guǒ)，这个理(lǐ)论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立(lì)，这(zhè)意味着我们需要对现在的(de)物理定律进行(xíng)修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还有关(guān)于暗物质存(cún)在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据(jù)，这些理(lǐ)论证据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没(méi)法(fǎ)解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质(zhì)量(liàng)都在(zài)星系的气体当中(zhōng)。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的(de)质(zhì)量将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的中间区域。那么(me)我(wǒ)们通过什么来验证它的质量区域到底是不是(shì)集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦(wéi)伯太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在(zài)照片中我们(men)可以明显地看(kàn)到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变(biàn)。其实这些星系本身并不是(shì)真(zhēn)的(de)被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出了(le)什(shén)么问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超级巨大的(de)天(tiān)体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的(de)光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们(men)对子(zi)弹星系团观测的时(shí)候(hòu)，发(fā)现(xiàn)它的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是(shì)当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域(yù)，并在两边(biān)形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力(lì)透镜(jìng)研(yán)究也被认为是暗物(wù)质存在的迄(qì)今为止最(zuì)好的理论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸(zhà)开始，38万(wàn)年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下了各相同(tóng)性(xìng)的(de)微波辐射。其中(zhōng)红色的部分(fēn)表(biǎo)示温度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝(lán)色则表示(shì)相对(duì)较冷的区(qū)域，但实际(jì)上它(tā)们(men)之间(jiān)的温差只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家们通(tōng)过对前(qián)景背景分离后的二值(zhí)图像进行连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中没有暗(àn)物质(zhì)，图(tú)形(xíng)看起来不应该是这样的，而(ér)随着暗(àn)物质的(de)增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量(liàng)值，我们需要的(de)暗物(wù)质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星(xīng)系(xì)当中恒星运动所(suǒ)需(xū)要的暗物质比例是(shì)一致的。这(zhè)就意味(蟑螂爬过的地方有细菌吗 蟑螂可以彻底消灭吗wèi)着(zhe)。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不(bù)同的观(guān)测结(jié)果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只通过(guò)引力(lì)来相互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能(néng)够(gòu)找到(dào)这种粒子的存在(zài)，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗物质存在(zài)的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学(xué)家们已(yǐ)经(jīng)提出了数(shù)十种的假想目(mù)标(biāo)，而要(yào)寻找(zhǎo)这些(xiē)不同(tóng)的(de)目标(biāo)粒(lì)子(zi)所(suǒ)需要的实(shí)验方式也不(bù)相同。在过去的几十年(nián)当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科学家(jiā)们(men)已经(jīng)进行(xíng)了超过50次的(de)实验(yàn)，却没有任(rèn)何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个地方(fāng)，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山(shā蟑螂爬过的地方有细菌吗 蟑螂可以彻底消灭吗n)脉(mài)。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的(de)地学实验室(shì)，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称观(guān)测到(dào)了某种信号。经过了(le)20多年的(de)数据收集，人(rén)们(men)发现了一个有趣的事(shì)情。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年当中每(měi)年(nián)都是一样。一些科(kē)学(xué)家(jiā)认为这可(kě)能是人类发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是为什么(me)暗物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进(jìn)行移(yí)动，那么如(rú)果暗物质(zhì)存在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我们也(yě)在以(yǐ)这样的(de)速度(dù)在(zài)穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太(tài)阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的(de)方向是(shì)一致(zhì)的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与(yǔ)太阳(yáng)的方向正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时(shí)段。而(ér)在11月份，又恰好达到(dào)了(le)最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不(bù)影响这个(gè)理论的有效性。

因此科(kē)学家认为(wèi)这(zhè)可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的情况，造成(chéng)这种年(nián)度周期信号的(de)差(chà)异(yì)也(yě)可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高(gāo)山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利(lì)游客的数量(liàng)也(yě)符合这(zhè)个周期的规律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又在南半(bàn)球建立(lì)了一(yī)个几乎(hū)相同的实验室(shì)，这里(lǐ)的季节(jié)与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过(guò)暗物质流的运(yùn)动特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的(de)信号，就可(kě)以成为暗物质所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由于这个(gè)实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截(jié)至(zhì)目(mù)前还无法提供相(xiāng)应的数(shù)据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视(shì)场仪(yí)器提供(gōng)的视野(yě)是哈勃红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一(yī)个关键的用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的(de)结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的(de)科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究(jiū)发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在(zài)，它们极有可(kě)能拥有(yǒu)另一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化(huà)的一个(gè)重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的(de)证实(shí)，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗(àn)物质(zhì)会不会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过(guò)这样的效应(yīng)创造(zào)生命。当然，这些(xiē)推论(lùn)的大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗物(wù)质到底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力(lì)！

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