宇宙(zhòu)是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何会存(cún)在科(kē)学无法解释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科(kē)学家们在过去的(de)几(jǐ)十(shí)年当中进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是(shì)却没有发现任(rèn)何的(de)有效证据。除了(le)一个(gè)地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学(xué)数学(xué)原(yuán)理(lǐ)一书(shū)中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发(fā)表(biǎo)了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的(de)规律。往后的几百年来(lái)，当天(tiān)文(wén)学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异(yì)常，不符合万有引力定律的时候，他们就(jiù)会(huì)知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力(lì)在摄动(dòng)它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王(wáng)星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且(qiě)发(fā)现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥(míng)王(wáng)星(xīng)的(de)发(fā)现都是应用万有引力定(dìng)律(lǜ)所(suǒ)取得重大天(tiān)文成就的例(lì)子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上(shàng)升(shēng)到(dào)星(xīng)系或者是星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星(xīng)系团的质量。这是一个(gè)由数千个星系(xì)所组成(chéng)的(de)巨(jù)大星系团，这些星(xīng)系被(bèi)引力束缚在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的(de)质(zhì)量一般会(huì)使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可(kě)以确定(dìng)其(qí)质量的范围(wéi)。

第一种是获(huò)得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据(jù)是测(cè)量各个(gè)星系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动力(lì)学质量的计算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红移(yí)测量(liàng)星系团中的各个(gè)星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形(xíng)式所存(cún)在(zài)，我(wǒ)们无(wú)法看到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测(cè)量速度的过(guò)程中，兹威基发现星系(xì)团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可见星(xīng)系的质量所产生的(de)引力是无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在(zài)星(xīng)系(xì)团内(nèi)的(de)，它们早就应该被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了(le)这样(yàng)部分不可见的(de)暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它(tā)们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们(men)对(duì)这样(yàng)的(de)一种(zhǒng)说法不屑一顾(g不羡鸳鸯不羡仙下一句，不羡鸳鸯不羡仙,只羡白发苍苍有人牵ù)。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福(fú)特在观测仙(xiān)女座星系(xì)中(zhōng)的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒(héng)星(xīng)在(zài)其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速度就会(huì)越慢。但是他(tā)们观测(cè)的结果却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可(kě)是根据牛顿的(de)万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律，在星系当中如果没有足够大的质(zhì)量(liàng)来吸引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒(héng)星早(zǎo)就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家(jiā)们(men)会使用一种相(xiāng)对标准的方(fāng)法来(lái)解释(shì)暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离(lí)星系(xì)中心的距(jù)离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是(shì)科学家(jiā)们通过射电望远镜测量了(le)距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于(yú)银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银(yín)河(hé)系旋转，这个实际(jì)速度远远(yuǎn)大(dà)于理(lǐ)论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速(sù)度的原(yuán)因很可能就是存在(zài)着一种我们看不到的(de)物质，是(shì)这些(xiē)暗物(wù)质的引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开(kāi)始，越来越(yuè)多(duō)的研究(jiū)人员开(kāi)始相信(xìn)暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外(wài)恒(héng)星轨(guǐ)道(dào)的(de)速度，估算在星(xīng)系当(dāng)中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以(yǐ)解(jiě)释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当(dāng)中(zhōng)，科(kē)学(xué)家们发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外(wài)，天文学家还发现了(le)一(yī)个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中存在的(de)恒(héng)星数量却(què)只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用(yòng)最先(xiān)进的望远镜(jìng)对其进(jìn)行了(le)40个小时的详细测量之后(hòu)，发(fā)现星系中的(de)恒星运动是可以用正常的物质和(hé)力学(xué)定律(lǜ)来(lái)解释的。那么(me)又有人(rén)提(tí)出，也许该星系的暗物(wù)质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另(lìng)一个(gè)大(dà)星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附(fù)近没有任何星(xīng)系(xì)存在。造成这些现象的(de)除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理解还不够全(quán)面，引力(lì)很(hěn)可(kě)能在不同尺度(dù)空间中(zhōng)的工(gōng)作方式是不同(tóng)的(de)，这意味着在行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力之间的相互(hù)作(zuò)用则是(shì)不同的方式(shì)。对于(yú)在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入了外(wài)部场效(xiào)应的(de)概(gài)念，指的是在(zài)数百万光年的规(guī)模上，巨大的质(zhì)量之间会(huì)产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现也(yě)让很(hěn)多人认为暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙(méng)德理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的(de)星系团所组(zǔ)成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量(liàng)都(dōu)在星系的气体(tǐ)当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时(shí)候(hòu)，星(xīng)际气(qì)体的相互作用就会导致温(wēn)度的(de)急(jí)剧升(shēng)高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所有(yǒu)这些(xiē)气体(tǐ)所在(zài)的中间区(qū)域。那(nà)么我们通过(guò)什么来验证它(tā)的质量区(qū)域(yù)到底是(shì)不(bù)是集中在(zài)中间呢？前(qián)不(bù)久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨(jù)大的形变。其实(shí)这些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问(wèn)题(tí)，而是这(zhè)样极遥远的天(tiān)体和我们地球上的观(guān)测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的(de)引力，会使身(shēn)后更遥远星(xīng)系(xì)的光(guāng)都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力(lì)透镜效(xiào)应(yīng)。这(zhè)个巨大(dà)的天体可能是(shì)超大(dà)质量(liàng)的(de)黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对子(zi)弹星系团观测的时候，发现它的(de)大质量区域并不(bù)是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量(liàng)气体被卡在(zài)了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的(de)引力(lì)透镜(jìng)研究也不羡鸳鸯不羡仙下一句，不羡鸳鸯不羡仙,只羡白发苍苍有人牵被认为是暗物质(zhì)存在的(de)迄今为止(zhǐ)最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大(dà)爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间(jiān)背景上留(liú)下(xià)了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区(qū)域，但实际(jì)上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景(jǐng)背景分离(lí)后的二值图像进行连通域提取和(hé)标记(jì)之(zhī)后发(fā)现，如(rú)果宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背(bèi)景(jǐng)辐射的测(cè)量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动所需要的(de)暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的(de)理论框架，就很好(hǎo)地解(jiě)释(shì)了很多不(bù)同(tóng)的观测结果。而(ér)暗物质(zhì)的本(běn)质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用，只通过(guò)引力(lì)来相互(hù)作用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提(tí)出(chū)了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些(xiē)不同的目标(biāo)粒子所需(xū)要的(de)实(shí)验方式(shì)也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作(zuò)用的(de)“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的(de)发现，除了一个地(dì)方，意大利的(de)格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的(de)地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器(qì)，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称(chēng)观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们(men)发现了一个有趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质会(huì)产生(shēng)周期性(xìng)的年(nián)度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度围绕(rào)着银河(hé)系进行移动(dòng)，那么如果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物(wù)质流(liú)，这个过(guò)程中会产(chǎn)生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年(nián)的时(shí)间(jiān)，地球围绕(rào)太阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的(de)时(shí)候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一(yī)致，这(zhè)是理论上(shàng)地球穿(chuān)越暗(àn)物质(zhì)流最(zuì)快的时段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈(chéng)现了(le)60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这(zhè)个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这可以用来解释(shì)，研究人(rén)员们所观(guān)测到(dào)的周期性信号(hào)。当然(rán)也可能有其他(tā)的情(qíng)况，造成这(zhè)种年度周期信号的(de)差异(yì)也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的(de)水分(fēn)、高山上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客的数量(liàng)也符(fú)合这个周期(qī)的规(guī)律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同(tóng)的实验(yàn)室(shì)，这里的(de)季节与之(zhī)前的实验(yàn)室正(zhèng)好(hǎo)相(xiāng)反，而在(zài)这里(lǐ)，地球(qiú)穿过(guò)暗物质流的运(yùn)动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存(cún)在的非常(cháng)有(yǒu)力的证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还(hái)无法提供(gōng)相应的(de)数据支持(chí)。另(lìng)外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器(qì)提供的视野(yě)是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中(zhōng)一个(gè)关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中心的(de)科学家丹(dān)琥珀和(hé)贾森(sēn)斯(sī)特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能(néng)拥有另一(yī)种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不会(huì)意味着(zhe)人类并不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的(de)行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效(xiào)应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的(de)大前(qián)提是要先找到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗(àn)物质到底存(cún)不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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