宇宙是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存(cún)在的证据(jù)，科学家(jiā)们在过去的几(jǐ)十年(nián)当中(zhōng)进行了超(chāo)过50次的长(zhǎng)期实验，但是却(què)没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了(le)一个(gè)地(dì)方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一(yī)书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文(wén)学家们发现某些天体运行(xíng)轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的(de)天体通过引力(lì)在摄(shè)动它的(de)轨道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通过天(tiān)王(wáng)星运(yùn)行轨(guǐ)道的(de)异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是(shì)应用(yòng)万有引力定律所取得重大天文(wén)成就的例子。但是(shì)这(zhè)些发现(xiàn)都(dōu)是在(zài)恒星系(xì)统的尺度当中，可当我(wǒ)们上(shàng)升(shēng)到星(xīng)系或(huò)者是星团的尺(chǐ)度，事(shì)情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量(liàng)后(hòu)发星系团的质量(liàng)。这(zhè)是一(yī)个由数千个(gè)星(xīng)系所组成的(de)巨大星系团，这些星(xīng)系被(bèi)引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一(yī)般会(huì)使用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可(kě)以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力(lì)学质量的计(jì)算，是利用光(guāng)谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相(xiāng)对于(yú)星系团的运(yùn)动速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动力(lì)学(xué)质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着(zhe)，后发(fā)座星系团有99%的(de)质量消失(shī)了，或(huò)者说这99%的质量并(bìng)不(bù)以可(kě)见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度(dù)的(de)过(guò)程中(zhōng)，兹威基发现星(xīng)系(xì)团中很多星系的速度比理论(lùn)上要快(kuài)得(dé)多，按照牛(niú)顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量(liàng)所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们(men)早就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来(lái)源(yuán)于某种隐形的(de)物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光(guāng)，但(dàn)是它们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只是当时的人们对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在(zài)观测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒星运动。理论上(shàng)来(lái)说，距离(lí)中(zhōng)心(xīn)越远的恒星在其(qí)轨道上的运(yùn)行速度(dù)就会越慢。但(dàn)是他们观测的结(jié)果却让(ràng)人感到不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的(de)万有引力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如果没有足(zú)够(gòu)大的质量(liàng)来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会(huì)使用(yòng)一种相对标准的方法来解释(shì)暗物(wù)质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出(chū)现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其中(zhōng)。

于是科(kē)学(xué)家(jiā)们通(tōng)过射电(diàn)望远不可名状的意思解释一下，不可名状 的意思镜测量了距离星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋(xuán)转速(sù)度并不(bù)符合牛顿的(de)力学(xué)定律。我们(men)的太(tài)阳系也不例外，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳(yáng)系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速(sù)度(dù)围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的(de)原(yuán)因很可能就是存(cún)在着一种(zhǒng)我们看不到的(de)物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质(zhì)的引力效应将(jiāng)星系(xì)聚集在(zài)了(le)一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速(sù)度，估算在星(xīng)系当(dāng)中暗物(wù)质的质量(liàng)占整(zhěng)个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解(jiě)释(shì)这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银河(hé)系不多(duō)，但是(shì)星(xīng)系当中存(cún)在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论(lùn)上，该星系(xì)必(bì)须存(cún)在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进的(de)望远镜对其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发(fā)现星(xīng)系中的恒星运(yùn)动(dòng)是可以用正常的物质(zhì)和力(lì)学(xué)定律来(lái)解释(shì)的(de)。那么又有人提(tí)出(chū)，也许(xǔ)该星系的(de)暗物质，已经(jīng)被附近的另一个(gè)大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星(xīng)系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外(wài)，另(lìng)一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不(bù)够全面，引力很可能(néng)在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是(shì)不同(tóng)的，这意味着在(zài)行星系尺(chǐ)度中的天体会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们所理解的方式(shì)运动。但是上升到星(xīng)系(xì)和星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间(jiān)的相互(hù)作用则是(shì)不同的方式。对于在星系团之(zhī)间的相(xiāng)互作(zuò)用，科学家还引入了(le)外部场效(xiào)应的概(gài)念，指的是在数(shù)百万光年(nián)的(de)规(guī)模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们(men)需要(yào)对(duì)现在的(de)物理(lǐ)定律(lǜ)进行修正，这些发现(xiàn)也(yě)让很多人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关(guān)于暗物(wù)质存(cún)在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似(shì)这样的星(xīng)团，它们大部分(fēn)的普通(tōng)质量都在星(xīng)系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体(tǐ)的(de)相互(hù)作用(yòng)就会(huì)导致温度的急剧升高(gāo)，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系(xì)团大部分(fēn)的(de)质量将位于所有这些气(qì)体所(suǒ)在的中间区域。那(nà)么我们通(tōng)过什么(me)来验(yàn)证(zhèng)它的质量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中(zhōng)我们(men)可以(yǐ)明显地看到很多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些星系(xì)本(běn)身并(bìng)不是真(zhēn)的(de)被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地(dì)球(qiú)上的(de)观(guān)测(cè)者之(zhī)间。被一(yī)个(gè)质(zhì)量超级(jí)巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量(liàng)的东(dōng)西(xī)的引力，会使身后更遥远星系(xì)的光都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能(néng)是超大(dà)质(zhì)量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团(tuán)观(guān)测的时候，发现它的大质量区域并不是(shì)在(zài)中间，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释方法就(jiù)是当(dāng)星团发(fā)生全部(bù)的碰撞时，不可名状的意思解释一下，不可名状 的意思可(kě)被观(guān)测到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通过(guò)了这个区(qū)域(yù)，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力(lì)透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年(nián)之(zhī)后，可见光(guāng)终(zhōng)于(yú)可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多(duō)亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性(xìng)的微(wēi)波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则(zé)表示相对较冷的(de)区域(yù)，但实际上它(tā)们之间的温差(chà)只有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家们通(tōng)过对前景背景分离(lí)后的二值(zhí)图像进行连(lián)通域提取和标记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图(tú)形(xíng)看起(qǐ)来(lái)不应(yīng)该是这样的(de)，而(ér)随着暗物质(zhì)的增加，一(yī)些峰(fēng)值的(de)幅度会(huì)减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波(bō)背(bèi)景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要的暗物(wù)质比例是一致的(de)。这(zhè)就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的(de)电磁(cí)作用，只通过(guò)引力来相(xiāng)互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒(lì)子的存(cún)在，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗物质(zhì)存在(zài)的实际(jì)证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的(de)目标粒子所需(xū)要(yào)的实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找这(zhè)些看不见、摸(mō)不到(dào)，几(jǐ)乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进(jìn)行了超(chāo)过50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除了一个(gè)地方(fāng)，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻(xún)找暗物质粒子(zi)的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来(lái)，这里的科学家(jiā)声(shēng)称观(guān)测到了某种信号(hào)。经过了20多年(nián)的数据(jù)收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探(tàn)测率(lǜ)会在每(měi)年的(de)6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当(dāng)中(zhōng)每年都是(shì)一样。一些(xiē)科(kē)学家认为(wèi)这(zhè)可能(néng)是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据(jù)。

但是为什(shén)么暗物质(zhì)会产生周期性的年(nián)度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速(sù)度围绕(rào)着银河(hé)系进行移(yí)动(dòng)，那么(me)如(rú)果暗物(wù)质存(cún)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着我们也在以(yǐ)这(zhè)样的速度(dù)在(zài)穿越着暗物(wù)质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年的时间，地(dì)球围绕(rào)太阳的(de)方不可名状的意思解释一下，不可名状 的意思向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另外半年则(zé)与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的(de)方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况中，太阳系相对(duì)银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这(zhè)并不影(yǐng)响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释(shì)，研究人员们所观(guān)测(cè)到的周期性信号。当然(rán)也可能有其(qí)他的(de)情况，造成这(zhè)种年度(dù)周期信号(hào)的差(chà)异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的(de)水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在南(nán)半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室，这里的(de)季节(jié)与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地(dì)球穿过暗(àn)物(wù)质流的运动特征和(hé)第一个(gè)实验(yàn)室(shì)是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质(zhì)所存在(zài)的非(fēi)常有力的证据(jù)了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还无法(fǎ)提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的(de)望远(yuǎn)镜，这台(tái)太(tài)空望远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就(jiù)是探(tàn)索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我们(men)只能(néng)拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或(huò)者(zhě)说(shuō)是(shì)生(shēng)命进(jìn)化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一(yī)理论得到(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)并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)某个角落的(de)行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效(xiào)应(yīng)创造生(shēng)命(mìng)。当然，这些(xiē)推(tuī)论的大前提是要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更(gèng)新的(de)动力！

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