宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会(huì)存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类(lèi)为(wèi)了(le)寻(xún)找暗物(wù)质存在的(de)证据，科学家们在(zài)过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期(qī)实验，但是(shì)却没有发(fā)现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除(chú)了一个(gè)地方，在(zài)1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动的(de)规律(lǜ)。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨道出(chū)现异常(cháng)，不(bù)符合万有引力(lì)定律的(de)时候(hòu)，他们就(jiù)会知(zhī)道，周围一(yī)定(dìng)有未(wèi)知的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推(tuī)算并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力定律所取得重(zhòng)大(dà)天文成就的例子(zi)。但是这些发(fā)现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我(wǒ)们(men)上升到星(xīng)系(xì)或者是(shì)星团的尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星(xīng)系团的质量(liàng)。这是一个(gè)由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束(shù)缚在一起。测(cè)量星系(xì)团的质量(liàng)一般会(huì)使用到(dào)两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法结(jié)果一致，就(jiù)可以确定其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种是(shì)获得其(qí)"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测(cè)量各个星系(xì)的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力(lì)学质量(liàng)的计算(suàn)，是(shì)利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系(xì)团的(de)运动速度。当测量结(jié)果(guǒ)出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消失了(le)，或者(zhě)说这99%的(de)质量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是(shì)，在测(cè)量速度(dù)的(de)过程中，兹威基发现(xiàn)星系(xì)团中(zhōng)很(hěn)多星系(xì)的速度(dù)比(bǐ)理(lǐ)论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星系(xì)的质(zhì)量所产生(shēng)的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团(tuán)内的(de)，它(tā)们早就应该(gāi)被抛(pāo)出星系团之外了(le)，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的(de)物质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出(chū)了(le)这样(yàng)部分不可见的暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸光、反射光，但是(shì)它(tā)们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大(dà)部(bù)分(fēn)的质量。只是当时的(de)人们对这(zhè)样的(de)一种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再(zài)一(yī)次(cì)出现。天(tiān)文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让(ràng)人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随(suí)着(zhe)与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可(kě)是根据牛顿的(de)万有引(yǐn)力定律，在星系(xì)当(dāng)中如果没有足够大(dà)的质量(liàng)来吸引它们，这些外(wài)围(wéi)的恒星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种现象，科学家们(men)会使用(yòng)一种相对标(biāo)准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就是测量星系(xì)当中气(qì)体在X轴上距离星系(xì)中(zhōng)心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的结果，就认为是(shì)由暗物质(zhì)的力(lì)量进(jìn)入其(qí)中。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜(jìng)测(cè)量了(le)距(jù)离星系(xì)中心更(gèng)远距离的氢元(yuán)素，发(fā)现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳(yáng)系也(yě)不例外，太阳系位(wèi)于银河(hé)系的第三悬臂(bì)之上，距离银(yín)河系中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据(jù)万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度远远大(dà)于理论(lùn)速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速(sù)度(dù)的原因很可能就是存在着一种我们看(kàn)不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开始，越来越(yuè)多(duō)的研究人员(yuán)开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据(jù)星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系(xì)当中暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯(wéi)一可以解释这个现象的(de)原因。在一项新(xīn)的研(yán)究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小差异。另外，天文(wén)学家还(hái)发现(xiàn)了一个反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小(xiǎo)和银(yín)河(hé)系不多，但是星系当(dāng)中(zhōng)存在的恒星(xīng)数量(liàng)却只(zhǐ)有银河系(xì)的(de)千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的(de)详细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒(héng)星运动是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来(lái)解释的。那么又有人提出，也(yě)许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大(dà)星(xīng)系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是，它的(de)附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除了暗(àn)物(wù)质的假说之(zhī)外，另一种可能(néng)就是人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿(yán)着它们的轨道，按照我们(men)所理(lǐ)解的方式运动。但是(shì)上升(shēng)到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相互作用(yòng)则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的(de)相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效应的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量(liàng)之(zhī)间会产生对彼此特(tè)殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于暗物质存在的(de)其他的理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据(jù)，这些理论证据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的(de)星系团所组成(chéng)，类似(shì)这(zhè)样的星团，它(tā)们大(dà)部分的(de)普通质量都在星系的(de)气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的(de)相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速(sù)度(dù)大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部(bù)分(fēn)的(de)质(zhì)量将位(wèi)于所(suǒ)有这些气(qì)体所在的中间区域(yù)。那么我们(men)通过(guò)什么来(lái)验(yàn)证它的(de)质(zhì)量区域到底(dǐ)是不是集(jí)中(zhōng)在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系(xì)似(shì)乎被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实这些(xiē)星系本(běn)身并不是(shì)真的(de)被(bèi)扭曲了，也(yě)不(bù)是韦伯(bó)望远镜出了什(shén)么问(wèn)题(tí)，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地球(qiú)上的观测者之(zhī)间。被一个(gè)质量超级巨大(dà)的(de)天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是引力透(tòu)镜(jìng)效应(yīng)。这个(gè)巨大的(de)天体可能是超大质量的(de)黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当(dāng)人(rén)们对子弹(dàn)星系团观测的(de)时候(hòu)，发现它(tā)的大质量区域并不(bù)是(shì)在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释(shì)方(fāng)法就是当星团发生(shēng)全(quán)部的(de)碰撞时，可(kě)被观(guān)测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个(gè)区域，并在(zài)两(liǎng)边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系(xì)团的引力(lì)透镜研(yán)究也被认为是(shì)暗物质(zhì)存(cún)在的迄(qì)今为止最好的(de)理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了(le)。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下(xià)了各相同性的微波(bō)辐射。其中红(hóng)色的(de)部分表示(shì)温度较(jiào)高的区(qū)域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但(dàn)实际(jì)上它们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景(jǐng)分离后的二值图(tú)像(xiàng)进(jìn)行连(lián)通域提取和标记(jì)之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图(tú)形看(kàn)起来不应(yīng)该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们(men)需要的暗物(wù)质大约是普通(tōng)物质的(de)5倍。这(zhè)个数(shù)字与(yǔ)解释(shì)星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论(lùn)框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观(guān)测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他(tā)的电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通(tōng)过引力(lì)来相互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存在(zài)，就(jiù)相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是(shì)什么？科学家们已经提出了数十(shí)种的假想目(mù)标(biāo)，而要寻(xún)找这些(xiē)不同的目标粒子(zi)所需(xū)要的实(shí)验方式也不相同(tóng)。在过去的(de)几十年当中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与常(cháng)规(guī)物质相互(hù)作用的(de)“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已经进行(xíng)了超阴肖有哪几个生肖过(guò)50次的(de)实验，却没有任何(hé)实质性(xìng)的发(fā)现(xiàn)，除(chú)了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏(cáng)着地球(qiú)上最(zuì)大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器，一(yī)直致力(lì)于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学(xué)家声称观(guān)测到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个(gè)有(yǒu)趣的(de)事情(qíng)。探(tàn)测率(lǜ)会(huì)在每年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月(yuè)降到(dào)最低(dī)，而(ér)且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科(kē)学家(jiā)认为这(zhè)可能(néng)是(shì)人(rén)类发现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是(shì)为什么暗(àn)物质(zhì)会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度(dù)围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物(wù)质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着(zhe)我(wǒ)们也在以这样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时(shí)候，地球与太(tài)阳的(de)方向(xiàng)正好达(dá)到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗(àn)物(wù)质流最快的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达(dá)到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的(de)平面(miàn)呈现了60度的倾(qīng)斜，但是(shì)这并(bìng)不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认(rèn)为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到的(de)周期(qī)性信号。当然也可(kě)能有其他(tā)的情况，造(zào)成这种年度(dù)周期(qī)信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚至(zhì)连意大利(lì)游(yóu)客的数量也符合这个周期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在南半球(qiú)建(jiàn)立了(le)一个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与(yǔ)之(zhī)前的实验室正好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流(liú)的运动特征和(hé)第(dì)一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所(suǒ)存在(zài)的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目(mù)前还(hái)无法提(tí)供相应的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其(qí)中一个关键的用途就(jiù)是(shì)探(tàn)索暗物质(zhì)背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存(cún)在，它们极(jí)有可能拥(yōng)有另一种神秘的(de)效(xiào)应，这(zhè)种暗(àn)物质效应，会支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或(huò)者说是生命进(jìn)化的一个(gè)重要(yào)因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得(dé)到(dào)进一步(bù)的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会不会意味着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或(huò)许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提(tí)是(shì)要先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持(chí)是我更新的动(dòng)力！

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