宇宙是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在(zài)过去的(de)几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是(shì)却(què)没有发(fā)现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据(jù)。除了一个(gè)地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表(biǎo)了(le)万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学(xué)家(jiā)们发现某些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们(men)就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体(tǐ)通(tōng)过引力在摄(shè)动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王(wáng)星运行轨(guǐ)道的(de)异常(cháng)，推算并且(qiě)发现了海王(wáng)星的(de)存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所(suǒ)取得重(zhòng)大天文成就(jiù)的例子(zi)。但是这些发现都(dōu)是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测(cè)量后(hòu)发(fā)星系团的质量。这(zhè)是(shì)一个(gè)由数千个星(xīng)系所组(zǔ)成的巨大星(xīng)系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是(shì)测(cè)量各(gè)个星系的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的(de)计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系(xì)团中的各(gè)个星系相对于星系(xì)团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了(le)，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们(men)无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是，在测(cè)量(liàng)速度的过(guò)程中，兹(zī)威基(jī)发现(xiàn)星系团中(zhōng)很多星系(xì)的(de)速度(dù)比理论上要(yào)快得(dé)多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是(shì)无法(fǎ)将(jiāng)它们(men)束(shù)缚(fù)在(zài)星系(xì)团内的(de)，它们早就应(yīng)该(gāi)被(bèi)抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量(liàng)在起作用，这种力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出(chū)了(le)这样部分(fēn)不(bù)可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人(rén)们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在其(qí)轨道上的运行速度就(jiù)会越(yuè)慢(màn)。但是他们(men)观测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保(bǎo)持不(bù)变。可是根据牛(niú)顿的万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引它(tā)们(men)，这些外(wài)围的恒星(xīng)早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了(le)。基于(yú)这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们(men)会使用一种(zhǒng)相20分米等于多少米 20分米等于多少厘米对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星(xīng)系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入(rù)其(qí)中。

于是科学(xué)家们通过(guò)射(shè)电望远镜(jìng)测量了(le)距离星系中(zhōng)心更远距离的氢(qīng)元素(sù)，发现它们(men)的(de)旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银河(hé)系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实(shí)际(jì)上，太(tài)阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度(dù)的原因很可(kě)能就(jiù)是存在(zài)着一种我们(men)看不(bù)到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究人员开(kāi)始相信暗物质的存(cún)在。科学家根(gēn)据(jù)星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道的速度，估(gū)算在星(xīng)系当中暗物质(zhì)的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解(jiě)释这(zhè)个(gè)现(xiàn)象的原因。在(zài)一项新(xīn)的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微小差(chà)异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发现了(le)一(yī)个反常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该(gāi)星系必须(xū)存在暗物质，否则就会(huì)分(fēn)崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最(zuì)先(xiān)进的望(wàng)远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测(cè)量之(zhī)后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用正常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那(nà)么(me)又有人(rén)提出(chū)，也许该星(xīng)系的暗物质，已经(jīng)被附(fù)近的(de)另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存在(zài)。造成这些(xiē)现(xiàn)象的(de)除了暗物质的(de)假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人(rén)类对(duì)引(yǐn)力(lì)的(de)理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的(de)，这意味着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式(shì)运动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度(dù)，引力之间的(de)相(xiāng)互作用则是不同的方(fāng)式。对于(yú)在星(xīng)系团之间的相互作用(yòng)，科学(xué)家还(hái)引入了(le)外(wài)部场效应的(de)概念，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大(dà)的质量(liàng)之(zhī)间(jiān)会(huì)产(chǎn)生(shēng)对彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这意(yì)味着我们(men)需要对现(xiàn)在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现也让(ràng)很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹(dàn)星(xīng)系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它们(men)大部分的普通质量都在星(xīng)系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时(shí)候，星(xīng)际(jì)气体的相互作用就会导致温度的(de)急(jí)剧升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系团大部分的质(zhì)量将位于(yú)所(suǒ)有(yǒu)这些气体所(suǒ)在的中间区域(yù)。那(nà)么我(wǒ)们通过什么来验(yàn)证它的质量区(qū)域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空(kōng)望远镜(jìng)传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一张全(quán)彩的高(gāo)清照(zhào)片(piàn)，在照片(piàn)中我(wǒ)们(men)可以明显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大(dà)的形变。其(qí)实这些(xiē)星系本身并不(bù)是真的(de)被扭曲了(le)，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么问题，而是这(zhè)样极遥(yáo)远的天(tiān)体和我们地球上(shàng)的(de)观测者之间。被一个质量超级(jí)巨大的(de)天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力透镜效应。这个(gè)巨(jù)大(dà)的(de)天体可能是超大质量的(de)黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当(dāng)人(rén)们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量区(qū)域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的(de)解释(shì)方法就是当星(xīng)团发生全(quán)部的(de)碰(pèng)撞时(shí)，可(kě)被观测到的质量气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物(wù)质则(zé)直接(jiē)通过了(le)这个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的(de)引(yǐn)力透镜研(yán)究也被认为是暗物(wù)质存在(zài)的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年(nián)之(zhī)后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上(shàng)留下(xià)了(le)各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐射。其中红色的(de)部(bù)分(fēn)表(biǎo)示温度较高的区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实(shí)际上它们(men)之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学(xué)家们通(tōng)过对前景背景分离后的二(èr)值图像进行连通域提取(qǔ)和(hé)标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是(shì)这(zhè)样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值(zhí)的(de)幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背(bèi)景辐20分米等于多少米 20分米等于多少厘米射的测量(liàng)值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物(wù)质(zhì)的(de)5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其他(tā)的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够(gòu)找到这(zhè)种粒子的存在，就相当(dāng)于(yú)找到了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒子(zi)到底是什(shén)么？科学家们(men)已经提出了(le)数(shù)十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的(de)目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验方(fāng)式(shì)也不相同(tóng)。在过(guò)去的几十年(nián)当中，人(rén)类为了(le)寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常(cháng)规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却(què)没有任(rèn)何实质性(xìng)的发现，除(chú)了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室(shì)，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼高(gāo)的探(tàn)测(cè)器，一直(zhí)致力(lì)于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科(kē)学家声称(chēng)观测到(dào)了某种信(xìn)号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了(le)一个(gè)有趣的(de)事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学(xué)家认为这可(kě)能是(shì)人类发现暗(àn)物质(zhì)的第(dì)一个直接证据。

但(dàn)是为什么(me)暗物质会产生周期性的年度(dù)信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度(dù)围(wéi)绕着银河系进行(xíng)移动，那么如(rú)果(guǒ)暗物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意(yì)味着我们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗(àn)物质流，这个过(guò)程(chéng)中会产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同(tóng)时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的(de)方(fāng)向是一(yī)致(zhì)的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的(de)方向正好达到完全一致，这(zhè)是(shì)理论上(shàng)地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了(le)最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际(jì)的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银河系的(de)平面(miàn)呈现(xiàn)了60度(dù)的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这可(kě)以用来解释，研究人员们(men)所(suǒ)观测(cè)到的(de)周期性(xìng)信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造成这种年度(dù)周期(qī)信号的差异(yì)也可能是(shì)温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大(dà)利游客(kè)的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了一(yī)个几乎相同的实验室(shì)，这里的季节与之前(qián)的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地(dì)球穿过暗物(wù)质(zhì)流的(de)运动特征和(hé)第一(yī)个实验室(shì)是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可以(yǐ)得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这(zhè)个(gè)实验(yàn)室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前(qián)还无法提(tí)供相应的数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这(zhè)台(tái)太空望远镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽(kuān)视(shì)场(chǎng)仪器提(tí)供的视野是哈勃红(hóng)外(wài)仪器的(de)100倍。南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其中(zhōng)一个关(guān)键的用途就是探索暗(àn)物质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于探测(cè)的(de)结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这种暗物(wù)质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说(shuō)是生命进(jìn)化的一个重要因(yīn)素(sù)。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进(jìn)一步(bù)的证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物质(zhì)正在通过这(zhè)样的效(xiào)应创造生命。当然(rán)，这些推论的(de)大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的(de)动(dòng)力！

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