宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是(shì)什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的(de)证据，科(kē)学家(jiā)们在过去的几十年当中进行了超(chāo)过50次(cì)的长期实验，但是却(què)没(méi)有发现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据(jù)。除了一(yī)个地方，在1687年出(chū)版的自然哲(zhé)学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天体运(yùn)动(dòng)的规律(lǜ)。往后的(de)几(jǐ)百年来，当天文学(xué)家(jiā)们发(fā)现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨道出(chū)现异(yì)常，不符合万有引力定律的(de)时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄动(dòng)它的(de)轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨(guǐ)道的异(yì)常，推算并(bìng)且(qiě)发现(xiàn)了海王星(xīng)的存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力定律所取得重大(dà)天文成就的(de)例子。但是这些(xiē)发现都是(shì)在(zài)恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星(xīng)系(xì)或(huò)者是(shì)星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹(zī)威基正在研究(jiū)和(hé)测量后(hòu)发(fā)星(xīng)系(xì)团(tuán)的质量。这是一个(gè)由数千个星系(xì)所(suǒ)组成的巨大(dà)星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使用到两种方(fāng)法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是(shì)测量(liàng)各个(gè)星系(xì)的光(guāng)度。

第二种是动力学质(zhì)量(liàng)的计(jì)算，是利用光谱红移测(cè)量星系团(tuán)中(zhōng)的各个星系(xì)相对于星系团的运动速(sù)度。当(dāng)测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可见光的(de)形(xíng)式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论(lùn)上要快得多(duō)，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产生(shēng)的引(yǐn)力是无(wú)法(fǎ)将它们(men)束(shù)缚在星系(xì)团内的，它们早就(jiù)应该被抛(pāo)出星系(xì)团(tuán)之外了，除(chú)非有(yǒu)一种神秘的力(lì)量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出(chū)了这(zhè)样部分不可见的暗(àn)质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙(zhòu)中绝(jué)大部分(fēn)的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人们对这(zhè)样(yàng)的一种说法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词(cí)才再(zài)一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观(guān)测仙女(nǚ)座星系(xì)中的恒(héng)星(xīng)运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观(guān)测的结果(guǒ)却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的(de)旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根据牛顿(dùn)的(de)万(wàn)有引力定(dìng)律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们(men)，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法(fǎ)来(lái)解释暗物(wù)质(zhì)的存(cún)在，这种方法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系(xì)中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进(jìn)入(rù)其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜测(cè)量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据(jù)万有引力(lì)定律进行计算，太阳系(xì)的(de)运(yùn)行速(sù)度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个(gè)实际速度远远(yuǎn)大于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心加速度(dù)的原因很可能就(jiù)是存(cún)在着一(yī)种我们看不到(dào)的物质，是这(zhè)些暗物(wù)质(zhì)的引力效(xiào)应(yīng)将星(xīng)系(xì)聚(jù)集在了(le)一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信(xìn)暗物(wù)质的存(cún)在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的(de)速(sù)度，估算在星系当中暗(àn)物(wù)质的(de)质(zhì)量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一(yī)可以(yǐ)解释这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没(méi)有引力(lì)效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小差异(yì)。另外，天文学家还发(fā)现(xiàn)了一(yī)个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多(duō)，但是星(xīng)系当中存在的(de)恒星数量却(què)只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在暗物(wù)质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最先进的(de)望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常的物质和力(lì)学定律来(lái)解(jiě)释(shì)的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个(gè)大(dà)星系剥离了。奇怪的(de)是，它(tā)的附近没(méi)有(yǒu)任何星系存(cún)在(zài)。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假说(shuō)之外，另(lìng)一种可能就是人类对(duì)引力(lì)的理解还不够(gòu)全面(miàn)，引力很可能在(zài)不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在(zài)行(xíng)星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按(àn)照(zhào)我们所理解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之(zhī)间的相(xiāng)互作(zuò)用则是不同的方(fāng)式。对于(yú)在星系团之间(jiān)的相互(hù)作(zuò)用，科学家还(hái)引入了(le)外(wài)部场效(xiào)应的概念，指的是在数百万光年的(de)规(guī)模(mó)上，巨大的(de)质量(liàng)之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要(yào)对现在的物理定(dìng)律(lǜ)进行修(xiū)正，这些(xiē)发现也让很多人认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理论就此终(zhōng)结。但是打男人脸男人会恨你吗，男人会记得打他脸女人在宇宙当中(zhōng)还(hái)有关于暗物质(zhì)存(cún)在的其他的(de)理论证(zhèng)据(jù)，这些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所(suǒ)没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们(men)大部分的普通(tōng)质量都(dōu)在星系的气(qì)体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气(qì)体的相互(hù)作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高(gāo)，速(sù)度(dù)大幅降低(dī)。所以在(zài)理论(lùn)上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分(fēn)的质量将(jiāng)位于所有这些气(qì)体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什(shén)么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清(qīng)照片(piàn)，在照片中我们可以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上的观测(cè)者之间。被一(yī)个质(zhì)量(liàng)超级巨(jù)大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超(chāo)大质量的东西的引力，会使身后(hòu)更(gèng)遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力(lì)透镜效(xiào)应(yīng)。这个(gè)巨大的(de)天体可能是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物(wù)质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测的(de)时(shí)候，发现它的大质量区域并不是(shì)在中间，而是在两侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星(xīng)团(tuán)发(fā)生全(quán)部的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区(qū)域，并在两边形成了(le)打男人脸男人会恨你吗，男人会记得打他脸女人引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透(tòu)镜研究也被(bèi)认为是暗物(wù)质存在的迄今为(wèi)止最(zuì)好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅(chàng)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(guāng)在宇(yǔ)宙空间背景上留下了(le)各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色(sè)则表示(shì)相对(duì)较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际(jì)上它们(men)之间的温差只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离后(hòu)的(de)二值图(tú)像进(jìn)行连(lián)通(tōng)域提(tí)取和标记之后发(fā)现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的(de)增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们(men)需要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是一(yī)致的(de)。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很好地解释(shì)了(le)很多(duō)不同的(de)观测结果。而(ér)暗物质的(de)本质就是宇宙当(dāng)中存在着某(mǒu)种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁(cí)作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的(de)存在，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学(xué)家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要寻(xún)找这些不同的目标(biāo)粒(lì)子所需要的实验(yàn)方式也不相同(tóng)。在过去的几十年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物(wù)质(zhì)相互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了(le)超过(guò)50次的实验，却没(méi)有任(rèn)何(hé)实质性的(de)发现，除(chú)了一个地方，意大利的格(gé)兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的(de)地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地(dì)学实验(yàn)室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三(sān)层(céng)楼高的探测器，一(yī)直致力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人(rén)们(men)发现了(le)一个有(yǒu)趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在(zài)11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样(yàng)。一些科学家认为这可(kě)能是人类发现暗物质(zhì)的(de)第一(yī)个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着(zhe)银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味(wèi)着我们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这(zhè)个(gè)过程中会产生(shēng)相(xiāng)应的振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而(ér)在(zài)6月份的(de)时(shí)候，地(dì)球(qiú)与太阳的方(fāng)向正好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物(wù)质流最(zuì)快的时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在(zài)实(shí)际的情况中(zhōng)，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这(zhè)并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认为这(zhè)可以用来解(jiě)释，研究人(rén)员们所观测到(dào)的周期性信号(hào)。当然也(yě)可能有其(qí)他(tā)的(de)情况，造(zào)成这(zhè)种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中的(de)水分、高山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游(yóu)客的数量也符合这个周期(qī)的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的(de)实验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里，地(dì)球(qiú)穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动特(tè)征和第一(yī)个实验室是(shì)一样(yàng)的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的(de)信号，就(jiù)可以成为暗物质(zhì)所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这(zhè)个实(shí)验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以截(jié)至(zhì)目前还(hái)无(wú)法提供相应的数(shù)据支(zhī)持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南(nán)希格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场仪器(qì)提供(gōng)的视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜其中一个(gè)关键(jiàn)的用途(tú)就(jiù)是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科(kē)学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在，它(tā)们(men)极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的(de)一(yī)个(gè)重要(yào)因素(sù)。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着(zhe)人类(lèi)并不(bù)孤(gū)单呢(ne)？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上(shàng)，暗(àn)物质正在(zài)通过这(zhè)样(yàng)的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我(wǒ)更新的(de)动力！

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