宇宙是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何会存在(zài)科学无法解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什么？人(rén)类(lèi)为了寻找暗物质(zhì)存在(zài)的证据(jù)，科(kē)学(xué)家们在过去的(de)几十年当中进行了超过50次的长期(qī)实验，但是却没(méi)有发现任(rèn)何的有效证(zhèng)据。除了一个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的时候(hòu)，他们就会知(zhī)道，周围(wéi)一定有未知的(de)天体(tǐ)通过(guò)引(yǐn)力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨(guǐ)道(dào)的异常，推算(suàn)并且发现(xiàn)了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是(shì)应用万有(yǒu)引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可(kě)当(dāng)我们上(shàng)升(shēng)到星系或者是星团的(de)尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发星(xīng)系团的质(zhì)量(liàng)。这(zhè)是一(yī)个由数千个(gè)星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般(bān)会(huì)使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结(jié)果(guǒ)一致，就可以确定(dìng)其质量的范(fàn)围。

第(dì)一种是获得(dé)其"光度(dù)学(xué)的质(zhì)量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力(lì)学(xué)质量(liàng)的计算，是(shì)利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星系相对于星(xīng)系(xì)团的(de)运动速度(dù)。当测量结果出来之(zhī)后(hòu)，兹(zī)威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系(xì)团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的(de)质量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在(zài)测量速度的过程中(zhōng)，兹威基敬请届时光临是什么意思，万望届时光临是什么意思发现星系团(tuán)中很(hěn)多星系的速(sù)度比(bǐ)理(lǐ)论上要(yào)快(kuài)得(dé)多，按照牛顿的(de)运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的(de)引力是无(wú)法将它们束缚在星系团内的(de)，它们早就应该被(bèi)抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的(de)力量在(zài)起(qǐ)作(zuò)用(yòng)，这种力量来源于某种隐(yǐn)形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基提出了(le)这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝(jué)大部分(fēn)的质量。只是当时的(de)人们对这样的一种说法不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在(zài)观测(cè)仙(xiān)女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是(shì)他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可(kě)思(sī)议。

随着与中心距(jù)离的(de)增加(jiā)，恒星的旋转速度(dù)几乎保持(chí)不变。可是根据(jù)牛(niú)顿的万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中如(rú)果没有足够(gòu)大的(de)质量(liàng)来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中(zhōng)了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的(de)方法来解(jiě)释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测量(liàng)星系(xì)当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速(sù)度。如(rú)果出现异常的(de)结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物质的(de)力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜(jìng)测量了距(jù)离(lí)星系中(zhōng)心(xīn)更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并(bìng)不符合牛(niú)顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系(xì)的第(dì)三悬臂之上，距离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际(jì)上，太(tài)阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕(rào)银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生以(yǐ)上这种向心(xīn)加速度的原因很可能就是(shì)存在着一种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效应将星系(xì)聚集在了(le)一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨(guǐ)道(dào)的速(sù)度(dù)，估算在星系当中暗物质(zhì)的(de)质量占整(zhěng)个(gè)星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一(yī)可(kě)以(yǐ)解(jiě)释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学(xué)家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也会出现(xiàn)速(sù)度上(shàng)的(de)微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的(de)恒(héng)星数量却(què)只有银河系(xì)的千(qiān)分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系必须存在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是(shì)科学家(jiā)们(men)使用最先(xiān)进的(de)望远镜对其进行了40个小时(shí)的详(xiáng)细测量之后(hòu)，发(fā)现(xiàn)星系中的恒星运(yùn)动(dòng)是(shì)可以用正常(cháng)的物质(zhì)和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的(de)是，它(tā)的(de)附近没有任何(hé)星系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可(kě)能就是人(rén)类对引力的理解还(hái)不(bù)够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的工(gōng)作方式是不同的(de)，这意味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运(yùn)动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作(zuò)用则是不(bù)同的方(fāng)式。对于在星系团之间的相互作用，科学(xué)家还引入了外部场效(xiào)应(yīng)的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在(zài)数(shù)百万光年(nián)的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这意味着我们需(xū)要对现在的(de)物理定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)修正，这(zhè)些发现(xiàn)也让很多(duō)人认为(wèi)暗物(wù)质假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的其他的(de)理论证据，这(zhè)些理论(lùn)证据是蒙德理论所(suǒ)没(méi)法(fǎ)解(jiě)释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它(tā)们(men)大部(bù)分的普通质(zhì)量(liàng)都在星(xīng)系的(de)气体当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的(de)相(xiāng)互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的(de)质量将位于所(suǒ)有这些气(qì)体所(suǒ)在的中间(jiān)区(qū)域(yù)。那么我们通(tōng)过什么(me)来验证(zhèng)它的质(zhì)量区(qū)域到底是不是(shì)集(jí)中在(zài)中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯(bó)太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩的高(gāo)清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的(de)形变。其实这(zhè)些星系本身并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了(le)什(shén)么问题，而是这(zhè)样极遥远的(de)天体和我们地球上(shàng)的观测者(zhě)之间。被一(yī)个质量超级巨(jù)大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量的东(dōng)西的(de)引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可(kě)能是(shì)超大质量的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹星系(xì)团(tuán)观测的时候，发现(xiàn)它的(de)大质量区域并不(bù)是在(zài)中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方法(fǎ)就是当星(xīng)团(tuán)发生全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被观(guān)测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接通过了(le)这个(gè)区(qū)域，并在(zài)两边形成(chéng)了引力(lì)透(tòu)镜(jìng)。对(duì)子弹(dàn)星系团的(de)引力透镜研(yán)究也被(bèi)认为是暗物(wù)质存在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性(xìng)的(de)微波辐(fú)射(shè)。其(qí)中红色的部(bù)分表示温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但实际上它们之间的温(wēn)差(chà)只有万(wàn)分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景(jǐng)分离后的二值(zhí)图像进行连通域提取和标记之(zhī)后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗物(wù)质(zhì)，图形看(kàn)起(qǐ)来不(bù)应该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一(yī)些峰值(zhí)的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗(àn)物质大约是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与(yǔ)解释星系当中恒(héng)星运(yùn)动所需(xū)要(yào)的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好地解释了很多不同的观测(cè)结(jié)果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在(zài)着某(mǒu)种类型的粒子，它们(men)不参与任何其(qí)他的电磁作(zuò)用，只通过引力来(lái)相(xiāng)互(hù)作用(yòng)。所以(yǐ)如果(guǒ)能(néng)够找到这(zhè)种粒子的存(cún)在，就相当(dāng)于找到(dào)了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子(zi)到(dào)底是什么？科学(xué)家们已(yǐ)经提(tí)出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不(bù)同的目标粒子所需(xū)要的实验方(fāng)式也不相同。在过(guò)去的几十(shí)年(nián)当中，人类为了寻找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物(wù)质相互(hù)作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任(rèn)何实(shí)质性的发现，除了一(yī)个地(dì)方，意大利(lì)的格(gé)兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最大(dà)的地学实验室，这个实(shí)验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻(xún)找暗物质粒子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的(de)数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年(nián)的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年(nián)都是一样。一(yī)些科学家认为(wèi)这可能(néng)是人类发现暗物质的第一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗物质(zhì)会产生周(zhōu)期(qī)性(xìng)的年度(dù)信号呢(ne)？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系(xì)进行(xíng)移(yí)动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半年(nián)的时(shí)间，地球围绕太阳(yáng)的(de)方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的(de)，而另外半(bàn)年(nián)则与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到(dào)完(wán)全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了(le)最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这(zhè)个(gè)理论的有效性。

因此科学(xué)家(jiā)认为这(zhè)可以用来解释(shì)，研究人员(yuán)们(men)所观测到的周期(qī)性(xìng)信(xìn)号。当然也可能(néng)有其他的(de)情况(kuàng)，造(zào)成(chéng)这(zhè)种年度周期信号(hào)的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符合这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又在南(nán)半(bàn)球建立(lì)了一个(gè)几乎相(xiāng)同的(de)实验室(shì)，这里的季节与(yǔ)之前(qián)的实验室正好相反，而(ér)在这(zhè)里，地球穿过暗物质(zhì)流的(de)运(yùn)动特征和第一(yī)个实(shí)验室是一样(yàng)的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里可(kě)以得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在(zài)的非常有力的证据(jù)了。但是由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以截至目前(qián)还无法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈(hā)勃(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质(zhì)背(bèi)后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测(cè)的结果，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验(yàn)室粒子天(tiān)体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学(xué)家(jiā)丹(dān)琥(hǔ)珀(pò)和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们(men)极有可能拥(yōng)有(yǒu)另一种神秘的(de)效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或(huò)者说是生(shēng)命进化的一个(gè)重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会(huì)不会意(yì)味着人类并不孤(gū)单(dān)呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个(gè)角落的(de)行(xíng)星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应(yīng)创(chuàng)造(zào)生命(mìng)。当然，这些(xiē)推论的(de)大前(qián)提(tí)是要(yào)先找到暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的(de)支持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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