宇宙是“人为制(zhì)造(zào)”的？为何会存在科(kē)学无(wú)法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗(àn)物质存(cún)在的证(zhèng)据，科学家们(men)在过(guò)去的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是(shì)却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学(xué)原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表(biǎo)了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的(de)规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知(zhī)的(de)天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过(guò)天王星(xīng)运行轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所(suǒ)取(qǔ)得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现(xiàn)都(dōu)是在(zài)恒星系统的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星系(xì)或(huò)者是星(xīng)团的尺度，事情就(jiù)开(kāi)始(shǐ)变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正(zhèng)在(zài)研究和测量后发(fā)星系团的质(zhì)量。这是(shì)一(yī)个由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被(bèi)引(yǐn)力束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量一(yī)般会(huì)使用到两种方(fāng)法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致，就可(kě)以确(què)定其质量(liàng)的范围。

第一种是获(huò)得其"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需要的(de)数(shù)据是测量各个星系的(de)光度。

第(dì)二种是动力学(xué)质量的(de)计算，是利用光谱红移(yí)测量星(xīng)系团(tuán)中的各个星系相对于星系团的运动速(sù)度。当测(cè)量结果出来(lái)之后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量并不(bù)以可见光的(de)形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程(chéng)中，兹威基(jī)发现星系团中很(hěn)多星(xīng)系的(de)速度比理论上(shàng)要快得多，按(àn)照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产(chǎn)生的引力(lì)是无法将它们束(shù)缚在星(xīng)系团内的(de)，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了(le)这样部(bù)分不可见的暗质，它不(bù)发(fā)散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的(de)质量。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特在观测(cè)仙女座(zuò)星系(xì)中的(de)恒星运(yùn)动。理论(lùn)上来说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨道上的(de)运行速(sù)度就会越慢。但(dàn)是他们观测(cè)的结(jié)果却让人感(gǎn)到(dào)不(bù)可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速(sù)度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根据牛顿的(de)万有(yǒu)引力(lì)定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸(xī)引它(tā)们，这些外(wài)围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会(huì)使(shǐ)用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系中(zhōng)心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如(rú)果出现异常的结果，就(jiù)认为是(shì)由暗(àn)物质(zhì)的力量进(jìn)入(rù)其中。

于(yú)是科学家们通过射(shè)电(diàn)望远(yuǎn)镜测(cè)量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元(yuán)素(sù)，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速度远远大于理论(lùn)速(sù)度，那么产生以上这种向心加速度的原(yuán)因很可能就(jiù)是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力(lì)效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来越(yuè)多(duō)的研究人(rén)员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根(gēn)据(jù)星(xīng)系(xì)外(wài)恒星轨道的速度(dù)，估算(suàn)在星系当中暗物质(zhì)的(de)质量占整个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个现(xiàn)象的原因(yīn)。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的(de)遥远恒星之间(jiān)，也会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还(hái)发现了一个反(fǎn)常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系(xì)当中(zhōng)存在的恒星数(shù)量(liàng)却只(zhǐ)有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先(xiān)进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒(héng)星运动是可以(yǐ)用(yòng)正常的物(wù)质(zhì)和力学定律来解释的。那么(me)又有(yǒu)人(rén)提出(chū)，也许(xǔ)该星系(xì)的(de)暗物质(zhì)，已经被(bèi)附近的另一个大(dà)星(xīng)系剥离了。奇怪(guài)的是，它(tā)的附(fù)近没有(yǒu)任(rèn)何星(xīng)系(xì)存在(zài)。造成这些(xiē)现象的(de)除了暗物质的假说之(zhī)外，另(lìng)一种可能就(jiù)是人类对引力(lì)的(de)理解还不够全(quán)面(miàn)，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们所理解的(de)方(fāng)式(shì)运动(dòng)。但(dàn)是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力(lì)之间(jiān)的相互作(zuò)用则是不(bù)同的方式。对于在(zài)星系团之间的相互作用，科(kē)学家(jiā)还引入了(le)外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨大(dà)的质(zhì)量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意(yì)味着(zhe)我(wǒ)们需(xū)要对现在的物理(lǐ)定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发(fā)现也让很多人认为(wèi)暗物质(zhì)假说理论就(jiù)此终结。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物(wù)质存(cún)在的(de)其(qí)他的理(lǐ)论(lùn)证据，这(zhè)些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德(dé)理论(lùn)所(suǒ)没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样(yàng)的星团，它们大部(bù)分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当(dāng)中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体(tǐ)的相互(hù)作用(yòng)就会导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分的(de)质量将位于(yú)所(suǒ)有这(zhè)些气(qì)体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什么来验(yàn)证它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片(piàn)，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大(dà)的(de)形变。其实(shí)这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极(jí)遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我(wǒ)们地球(qiú)上的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会(huì)使身(shēn)后(hòu)更遥(yáo)远星系的(de)光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大的天体可能是超(chāo)大(dà)质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系(xì)团观测的时候(hòu)，发现它的大(dà)质量(liàng)区域并不是在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被(bèi)观测(cè)到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则(zé)直接通(tōng)过了这个区域(yù)，并(bìng)在两边形成了引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星(xīng)系(xì)团的引力透(tòu)镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄(qì)今为(wèi)止最好的理论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了(le)。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上(shàng)留下了各相(xiāng)同性的微波(bō)辐(fú)射。其中红色(sè)的部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的区域(yù)，但实际上它们之间的温差(chà)只(zhǐ)有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前(qián)景背景(jǐng)分离后的二值(zhí)图像进行连通(tōng)域提取(qǔ)和(hé)标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是(shì)这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐(fú)射的(de)测量值(zhí)，我们(men)需要的暗物质大约(yuē)是普通(tōng)物质的(de)5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论(lùn)框架，就(jiù)很好地(dì)解(jiě)释了很(hěn)多不(bù)同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类(lèi)型的(de)粒子，它们不参(cān)与任(rèn)何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒(lì)子的存在，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒(lì)子到底是什么？科学(xué)家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不(bù)同的(de)目标(biāo)粒子所需(xū)要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年当中，人(rén)类为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用(yòng)的(de)“暗(àn)物质”，科(kē)学家们已经进行(xíng)了超过50次的实(shí)验，却(què)没(méi)有任(rèn)何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器(qì)，一直致力(lì)于(yú)寻找暗(àn)物质粒子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里的科学(xué)家声称观(guān)测到(dào)了(le)某种信号。经过(guò)了(le)20多年的数据(jù)收集，人们发(fā)现了一个(gè)有(yǒu)趣的事情。探测率会(huì)在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年(nián)当中每年都(dōu)是一样(yàng)。一些(xiē)科学家认为这可能是人类发现暗(àn)物质(zhì)的第一(yī)个直接证据。

但是为什么(me)暗物质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚(gāng)才我们(men)讲(jiǎng)了太阳系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味着我们也在以这(zhè)样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流(liú)，这(zhè)个过程中会产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太(tài)阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以有半年(nián)的时间(jiān)，地(dì)球围绕太阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕(rào)银河系(xì)的方向是(shì)一致的，而另(lìng)外半(bàn)年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的时候(hòu)，地球与太(tài)阳(yáng)的(de)方向正好(hǎo)达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了(le)最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是(shì)这并不(bù)影响这个理论的(de)有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来(lái)解释，研究人员们所观(guān)测到的周期性信(xìn)号(hào)。当然也可能有其他的情况，造成这种年度(dù)周(zhōu)期信号(hào)的差异也(yě)可能(néng)是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球(qiú)建立了(le)一个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在这(zhè)里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这(zhè)个实(shí)验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目(mù)前还无法提(tí)供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键的用途就(jiù)是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于(yú)探测的结(jié)果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目(mù)以待(dài)了。费(fèi)米实验室粒(lì)子(zi)天体物理中心的科学(xué)家(jiā)丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们极有可(kě)能拥有(yǒu)另一种神秘的(de)效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到进(jìn)一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味着人类并不孤(gū)单(dān)呢？或许在宇宙当(dāng)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。当然，这些推论的大前(qián)提(tí)是要先找到暗(àn)物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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