宇宙是“人为制(zhì)造(zào)”的？为何会存在(zài)科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科(kē)学家们在过去(qù)的(de)几(jǐ)十年(nián)当中进行(xíng)了超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除(chú)了(le)一(yī)个(gè)地方，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有(yǒu)引力定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当天文学家们(men)发现某些天体运行轨道(dào)出(chū)现异常，不(bù)符合万有引力定(dìng)律的(de)时(shí)候，他(tā)们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体(tǐ)通过引力(lì)在摄动它(tā)的轨道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引力定律所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我(wǒ)们上升到星系(xì)或者(zhě)是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星系(xì)团的质(zhì)量一(yī)般会使用(yòng)到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定(dìng)其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各(gè)个星系的光(guāng)度。

第二种是动力学质(zhì)量(liàng)的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中(zhōng)的各个星系(xì)相对于星系(xì)团的运(yùn)动速度。当测量结果出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量并不以(yǐ)可(kě)见光的(de)形式所存(cún)在，我们无(wú)法看到(dào)。最诡异(yì)的(de)是，在(zài)测量速(sù)度的过程中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团中(zhōng)很多(duō)星(xīng)系(xì)的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学(xué)定律，仅靠这些可(kě)见星系的(de)质量所产生的(de)引(yǐn)力是(shì)无法将它们(men)束(shù)缚在星系团内的，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛出(chū)星(xīng)系(xì)团之外了，除(chú)非有(yǒu)一种神秘(mì)的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于(yú)某(mǒu)种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部分的质量(liàng)。只是当时的人们(men)对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之(zhī)后(hòu)，“暗物(wù)质”这个(gè)词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙(xiān)女(nǚ)座星系(xì)中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒(héng)星(xīng)在其(qí)轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎(hū)保持不变(biàn)。可是(shì)根据(jù)牛顿(dùn)的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大(dà)的质(zhì)量来吸(xī)引它(tā)们，这些(xiē)外(wài)围的恒(héng)星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种(zhǒng)相对(duì)标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中心的(de)距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就(jiù)认为(wèi)是(shì)由暗(àn)物质的力量(liàng)进入其中。

于(yú)是科学(xué)家(jiā)们(men)通过射电望远镜测(cè)量(liàng)了距离(lí)星系中心更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速(sù)度并(bìng)不符合牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系(xì)也不例外，太阳系(xì)位(wèi)于银河系的第三(sān)悬臂(bì)之上，距(jù)离(lí)银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳系(xì)正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际(jì)速度远远大(dà)于理(lǐ)论(lùn)速(sù)度，那么(me)产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很可(kě)能(néng)就是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看不到的(de)物质，是这些(xiē)暗(àn)物(wù)质的引力效应将星(xīng)系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是(shì)从(cóng)这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研究人员(yuán)开始相信(xìn)暗物(wù)质(zhì)的(de)存在(zài)。科学(xué)家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一可以解释这个现象的原(yuán)因(yīn)。在一(yī)项新的研(yán)究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多(duō)，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却只有(yǒu)银河系(xì)的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学(xué)家们使(shǐ)用最(zuì)先进的望远镜对(duì)其进(jìn)行了40个小时的详细(xì)测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物(wù)质(zhì)和力学(xué)定律来解释的(de)。那(nà)么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经(jīng)被附(fù)近(jìn)的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的(de)附近没有(yǒu)任(rèn)何星系(xì)存在。造成这些(xiē)现象(xiàng)的(de)除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人(rén)类对引力的理解还不够全(quán)面，引力很可(kě)能在不(bù)同尺度空间中的(de)工(gōng)作方(fāng)式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它(tā)们的轨(guǐ)道(dào)，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式运动(dòng)。但(dàn)是(shì)上升到星(xīng)系和星团的(de)尺度(dù)，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科学(xué)家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此特殊的(de)效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需(xū)要对现在的物理(lǐ)定(dìng)律(lǜ)进行修(xiū)正，这些发现也(yě)让(ràng)很多(duō)人认为暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关(guān)于暗物质存在的其(qí)他的理论(lùn)证据(jù)，这(zhè)些理论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论所1分米等于多少米，1分米等于多少米厘米没(méi)法(fǎ)解(jiě)释的“引力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光(guāng)年的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分(fēn)的(de)普通(tōng)质量都在星系的气体(tǐ)当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹星系团大(dà)部分的质量将位于所(suǒ)有这(zhè)些气(qì)体(tǐ)所在的(de)中(1分米等于多少米，1分米等于多少米厘米zhōng)间区(qū)域。那(nà)么(me)我们通过(guò)什么(me)来验证它的质量区域到(dào)底是不是集中在(zài)中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高清(qīng)照(zhào)片，在照片中(zhōng)我们(men)可(kě)以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的(de)形变。其(qí)实这些(xiē)星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什么(me)问(wèn)题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨(jù)大的(de)天体遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发生(shēng)了(le)扭曲。这(zhè)个现象就是(shì)引力透(tòu)镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大的天体可能(néng)是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不是(shì)在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团发(fā)生全(quán)部(bù)的碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也(yě)被(bèi)认(rèn)为是暗物质存(cún)在的迄(qì)今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可见光(guāng)终于可以畅通(tōng)无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿(yì)年之(zhī)后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上留下了各相同(tóng)性(xìng)的微波辐射。其(qí)中(zhōng)红色的部分表示温度较(jiào)高的区(qū)域(yù)，蓝色则表示(shì)相对较冷(lěng)的(de)区(qū)域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一(yī)。

科学(xué)家们通过对前景背景分离(lí)后的二(èr)值图(tú)像进(jìn)行连通域提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐射的测量值(zhí)，我们需(xū)要的(de)暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解释星(xīng)系当中恒星运动所需要的(de)暗物质比例(lì)是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单(dān)的理(lǐ)论框架(jià)，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多不同的(de)观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它(tā)们不(bù)参与任何其他的电磁(cí)作用，只通过引力(lì)来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到(dào)这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗(àn)物质存在(zài)的(de)实际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去(qù)的几十(shí)年当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进(jìn)行(xíng)了超(chāo)过50次的实验(yàn)，却(què)没有任何实质性的发现(xiàn)，除了(le)一个地(dì)方，意大利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的地学实验室，这(zhè)个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三(sān)层楼(lóu)高(gāo)的探测(cè)器(qì)，一直致(zhì)力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的(de)数据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了(le)一个有趣的事(shì)情(qíng)。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年都是(shì)一样。一些(xiē)科学家认为这可能是(shì)人类(lèi)发现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直接(jiē)证据。

但是为什么(me)暗物质会产生周期性的年(nián)度信号呢(ne)？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银河系进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味(wèi)着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会(huì)产生(shēng)相应的(de)振(zhèn)荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围绕太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时(shí)间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外(wài)半(bàn)年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳(yáng)的方向正好达(dá)到(dào)完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太(tài)阳系相对银河系的平(píng)面呈现了60度(dù)的(de)倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影(yǐng)响这个(gè)理论的(de)有效性。

因(yīn)此科(kē)学家认(rèn)为这可以(yǐ)用来(lái)解释，研究人员(yuán)们所观测到(dào)的(de)周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这(zhè)种年度周期信号的(de)差异也可能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量(liàng)也符合这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在(zài)南半球建立了一个几乎(hū)相同的实(shí)验(yàn)室，这里的季节与之前的实验(yàn)室(shì)正(zhèng)好相反(fǎn)，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过(guò)暗(àn)物质流(liú)的运动特征和第一个实验(yàn)室(shì)是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物(wù)质所存在的非常有力的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截(jié)至目前(qián)还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的(de)望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相同，但它的(de)宽视场仪器提(tí)供(gōng)的视(shì)野(yě)是哈勃(bó)红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜(jìng)其中(zhōng)一个关(guān)键的用途就(jiù)是探索暗物质背(bèi)后(hòu)的(de)奥秘，对于探(tàn)测(cè)的(de)结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室(shì)粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它们极(jí)有可能(néng)拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质(zhì)效(xiào)应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的(de)诞生，或者(zhě)说(shuō)是(shì)生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着(zhe)人(rén)类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落的行星上(shàng)，暗物质(zhì)正在通过(guò)这样的(de)效应创造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推(tuī)论的(de)大(dà)前(qián)提(tí)是要先找到(dào)暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质(zhì)到底存不(bù)存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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