宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的(de)证(zhèng)据，科(kē)学家们在(zài)过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的有(yǒu)效证据(jù)。除了一(yī)个地方，在1687年出版的(de)自然哲学(xué)数学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引力(lì)定律，它揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动(dòng)的规(guī)律。往后(hòu)的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道(dào)出现异常(cháng)，不(bù)符合万有引力(lì)定律的时(shí)候，他们(men)就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通(tōng)过天(tiān)王星(xīng)运行轨(guǐ)道的(de)异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了(le)海王(wáng)星的(de)存在(zài)。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引力(lì)定律所取得重大(dà)天文(wén)成就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系(xì)统的尺度当中，可(kě)当我们上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的(de)质量。这是一个由数千个星系(xì)所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系(xì)被引力束缚在一起。测(cè)量星系团(tuán)的(de)质量一(yī)般会使用到两(liǎng)种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的(de)数据是测量各个星系的(de)光度(dù)。

第二种是动(dòng)力(lì)学质(zhì)量的计(jì)算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中(zhōng)的各(gè)个(gè)星系相对于(yú)星系团的(de)运动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光(guāng)的形(xíng)式(shì)所存在(zài)，我(wǒ)们(men)无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过(guò)程中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团中很多星系的速度比理(lǐ)论(lùn)上要(yào)快得多，按照(zhào)牛(niú)顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可见星系(xì)的(de)质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它们(men)早就应该被(bèi)抛出星(xīng)系团之外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的(de)力量在起作(zuò)用，这种力量来源(yuán)于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出(chū)了这样(yàng)部(bù)分不(bù)可见的(de)暗质，它(tā)不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时(shí)的人(rén)们对这样(yàng)的(de)一(yī)种说(shuō)法不屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在观测仙女(nǚ)座(zuò)星系中的恒(héng)星运动。理论上(shàng)来(lái)说，距离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观(guān)测的(de)结果却(què)让人感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸(xī)引它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系(xì)当中气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系中心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴上气(qì)体的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出(chū)现异常(cháng)的结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科(kē)学家们(men)通过射(shè)电望远镜测量了距(jù)离(lí)星系(xì)中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们(men)的太(tài)阳系也不(bù)例(lì)外，太阳系位于(yú)银河(hé)系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有(yǒu主动买单的女孩的性格，主动买单的女孩子是什么样的人)引(yǐn)力定律进行计算(suàn)，太(tài)阳系的(de)运行速度应该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系正在以220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这个实际(jì)速(sù)度远远大于理论速度(dù)，那(nà)么(me)产生以(yǐ)上这种向心加速(sù)度的原因很可能就(jiù)是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看不(bù)到的物质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集(jí)在(zài)了一起。

也(yě)是从这时(shí)开始，越来越多(duō)的研究人员开始相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在。科学(xué)家(jiā)根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系(xì)当中暗(àn)物(wù)质的质量(liàng)占整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并不(bù)是唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效应的(de)遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也(yě)会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了(le)一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银(yín)河系不多，但是星系当中存(cún)在的(de)恒(héng)星数量(liàng)却只有银(yín)河(hé)系(xì)的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在(zài)理论上(shàng)，该星系(xì)必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们使用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测(cè)量之(zhī)后，发现星(xīng)系中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的(de)。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另(lìng)一个(gè)大星系(xì)剥离(lí)了。奇(qí)怪的(de)是，它的附(fù)近(jìn)没(méi)有任何星系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是(shì)不同的，这意味着在(zài)行星系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们(men)所理解(jiě)的方式运(yùn)动。但是上升到星系(xì)和星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力之间的(de)相互作用则是不同的方式。对于在(zài)星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的(de)是在数(shù)百万光(guāng)年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效果，这个(gè)理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物(wù)理(lǐ)定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多(duō)人认为(wèi)暗物质假说(shuō)理论就此(cǐ)终结(jié)。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物(wù)质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的(de)星(xīng)团(tuán)，它(tā)们大部分的普通(tōng)质(zhì)量(liàng)都在星系的气(qì)体当中(zhōng)。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互作(zuò)用就会导致温度的(de)急剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于所有这(zhè)些气(qì)体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通(tōng)过什么来验证(zhèng)它(tā)的质量区域到底是(shì)不是集(jí)中在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的(de)高清照(zhào)片，在照片(piàn)中我们可以明显地看(kàn)到(dào)很(hěn)多星系似乎(hū)被(bèi)拉伸(shēn)产(chǎn)生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其实这些星系(xì)本(běn)身并不是(shì)真(zhēn)的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了(le)什(shén)么问题，而是这(zhè)样极遥(yáo)远的天体(tǐ)和我们地球上的观(guān)测者之(zhī)间。被一个质量超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮挡，这个(gè)超大质(zhì)量的(de)东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的(de)光都发生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质(zhì)。

所以当人们(men)对(duì)子弹星(xīng)系团观(guān)测的时候(hòu)，发现它的(de)大质量区域(yù)并(bìng)不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好(hǎo)的解释方法就(jiù)是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在(zài)了中间，暗(àn)物(wù)质则(zé)直(zhí)接通(tōng)过了这(zhè)个区域(yù)，并(bìng)在两(liǎng)边形(xíng)成了引力透镜。对子(zi)弹星系(xì)团的(de)引力透镜(jìng)研究(jiū)也(yě)被认(rèn)为是(shì)暗(àn)物质存在(zài)的(de)迄今(jīn)为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅(chàng)通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性的微波(bō)辐(fú)射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区(qū)域，但实际上它(tā)们之间的(de)温差只有万分之(zhī)一。

科学(xué)家们(men)通过对前景背景分离后的(de)二(èr)值图像进(jìn)行连通(tōng)域提(tí)取(qǔ)和(hé)标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该是这样的，而随着暗(àn)物质的增(zēng)加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中(zhōng)恒星运动所需要的(de)暗物质(zhì)比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了(le)一(yī)个(gè)简(jiǎn)单(dān)的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是(shì)宇宙当中(zhōng)存(cún)在着某(mǒu)种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其他(tā)的(de)电(diàn)磁作用(yòng)，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种粒(lì)子的(de)存在，就相当于找到(dào)了暗物质存(cún)在(zài)的(de)实际证据(jù)。这种粒子到底是(shì)什么？科(kē)学家们已经(jīng)提出了数(shù)十(shí)种(zhǒng)的假想目标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实验方式(shì)也(yě)不相同。在过(guò)去(qù)的几(jǐ)十年(nián)当中，人类为(wèi)了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与(yǔ)常规(guī)物质相互作用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家(jiā)们已(yǐ)经进(jìn)行了(le)超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质(zhì)性的(de)发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰(lán)萨索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的(de)地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高(gāo)的(de)探测器，一直致力于寻找暗(àn)物(wù)质粒(lì)子的周期(qī)性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的科学(xué)家(jiā)声(shēng)称观测到(dào)了某种信号。经过了20多(duō)年的数(shù)据收集，人们发(fā)现了一(yī)个有(yǒu)趣的(de)事情。探测(cè)率会在每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年(nián)当中每年都是一样(yàng)。一(yī)些(xiē)科学家(jiā)认为这可能是人类(lèi)发现暗(àn)物质的(de)第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕着银河系进行(xíng)移(yí)动(dòng)，那么(me)如果暗物质存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这意味着(zhe)我(wǒ)们也(yě)在以这(zhè)样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的(de)振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半年(nián)的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河系的方向是(shì)一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份(fèn)的(de)时(shí)候，地球与太阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达到完全一致，这是理论(lùn)上地(dì)球穿越(yuè)暗物(wù)质流最(zuì)快的(de)时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到了(le)最慢(màn)值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银河系(xì)的平面呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是(shì)这并不影响这个(gè)理论的(de)有效性(xìng)。

因(yīn)此(cǐ)科学(xué)家(jiā)认(rèn)为这可以用来解(jiě)释，研究(jiū)人(rén)员(yuán)们所观测到的周期性(xìng)信号。当(dāng)然也(yě)可(kě)能(néng)有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号(hào)的差(chà)异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游(yóu)客的数量也符(fú)合这个周期的(de)规律(lǜ)。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立了一个(gè)几乎(hū)相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的(de)实验室正好(hǎo)相反，而(ér)在这里，地球穿过(guò)暗物质流的(de)运动特(tè)征和第一(yī)个实验(yàn)室是(shì)一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里可以(yǐ)得(dé)到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的(de)非常有力(lì)的证据(jù)了。但是(shì)由于(yú)这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目(mù)前还无法提(tí)供(gōng)相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器(qì)提供的视(shì)野(yě)是(shì)哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一(yī)个关键(jiàn)的用(yòng)途就(ji主动买单的女孩的性格，主动买单的女孩子是什么样的人ù)是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室(shì)粒子(zi)天体物理中心的科学家(jiā)丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种神(shén)秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一(yī)个(gè)重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人(rén)类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的(de)行星上，暗(àn)物质正在通过这样(yàng)的效(xiào)应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前提(tí)是要(yào)先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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