宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会(huì)存在(zài)科学无法解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的(de)证(zhèng)据(jù)，科学家们在过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次的(de)长(zhǎng)期实验，但是却(què)没有发现任何的夜游鸟可以吃吗，夜游鸟吃了有什么好处有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的(de)几百(bǎi)年来(lái)，当天文学家们发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现异常，不符合(hé)万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他们(men)就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通(tōng)过(guò)引力在摄动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的(de)发现都是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就的(de)例(lì)子。但是这些发(fā)现(xiàn)都是(shì)在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当我们(men)上升到(dào)星系或者是(shì)星(xīng)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(jiā)弗里(lǐ)茨(cí)兹(zī)威(wēi)基正在研究和测量后发星系团(tuán)的质(zhì)量。这(zhè)是一个由数千个星(xīng)系(xì)所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法结(jié)果一(yī)致，就可以确定其(qí)质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测(cè)量(liàng)各个(gè)星(xīng)系的(de)光度(dù)。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移(yí)测(cè)量星系团中(zhōng)的各个星系相对(duì)于星系团的(de)运动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动(dòng)力(lì)学质(zhì)量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式(shì)所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度(dù)的过(guò)程(chéng)中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团(tuán)中很多星(xīng)系的速度比理(lǐ)论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星(xīng)系的质量所产生(shēng)的(de)引力是无(wú)法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘的(de)力(lì)量在起作用(yòng)，这(zhè)种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了(le)这样部(bù)分不可(kě)见(jiàn)的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再一次(cì)出(chū)现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒(héng)星(xīng)运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但是(shì)他们观测的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛(niú)顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如(rú)果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星(xīng)早就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使(shǐ)用(yòng)一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方法就(jiù)是(shì)测(cè)量星系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速(sù)度(dù)。如(rú)果出(chū)现异常的结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学(xué)家们通过射电望远镜(jìng)测(cè)量了距(jù)离星系中心更(gèng)远距(jù)离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的(de)力学(xué)定律。我(wǒ)们(men)的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于(yú)银河系的(de)第三悬臂之上，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度远远大于理论速度，那(nà)么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是(shì)存在着一种我们看(kàn)不(bù)到的物(wù)质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来越(yuè)多的(de)研(yán)究(jiū)人员开(kāi)始相(xiāng)信(xìn)暗物质(zhì)的存在(zài)。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当(dāng)中(zhōng)暗(àn)物质的质量占(zhàn)整个(gè)星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个(gè)现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项新的研究当(dāng)中(zhōng)，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天文学(xué)家还(hái)发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银河系(xì)不多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只有银河(hé)系的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是(shì)科学家们(men)使用最(zuì)先进的望远镜(jì夜游鸟可以吃吗，夜游鸟吃了有什么好处ng)对其进(jìn)行了(le)40个(gè)小时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是(shì)可以用(yòng)正常的(de)物(wù)质和力学(xué)定律来解释(shì)的。那么又有人(rén)提出，也(yě)许(xǔ)该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任(rèn)何星系(xì)存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物(wù)质(zhì)的假说之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力(lì)的(de)理解还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺度空间中的(de)工作方式是(shì)不同(tóng)的，这意味(wèi)着在(zài)行星系尺度中的(de)天体(tǐ)会沿着它们的(de)轨道，按照我们所理(lǐ)解(jiě)的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力(lì)之间的相互作用(yòng)则是不同的(de)方(fāng)式。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科学家还(hái)引入了(le)外部场效应的概念(niàn)，指的是(shì)在(zài)数(shù)百(bǎi)万光年的规(guī)模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效(xiào)果，这个(gè)理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立(lì)，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要对现在的物理定(dìng)律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人(rén)认为暗(àn)物质(zhì)假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关(guān)于暗物(wù)质存在的其他(tā)的(de)理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离(lí)为37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)，类似这(zhè)样的(de)星团(tuán)，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞的(de)时候，星际(jì)气体的相互作用就会导致(zhì)温(wēn)度的(de)急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系团大部分的(de)质量将位于所有这些(xiē)气体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它的质(zhì)量(liàng)区域到底是不是集中(zhōng)在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩的(de)高清照片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可以明显地看(kàn)到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其(qí)实这些星系本身(shēn)并(bìng)不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什(shén)么问题，而(ér)是这样极遥远的天体和(hé)我们地球上的观测(cè)者之间(jiān)。被(bèi)一个质量超级(jí)巨大的(de)天(tiān)体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质量的东西(xī)的引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都(dōu)发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力(lì)透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨(jù)大(dà)的天体(tǐ)可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质(zhì)量区域并不是(shì)在(zài)中间，而是在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星(xīng)团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗(àn)物质则(zé)直接通(tōng)过(guò)了这个(gè)区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究(jiū)也被认为是(shì)暗物(wù)质存在的(de)迄(qì)今(jīn)为止最好的理论证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无(wú)阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留下了各相同(tóng)性的微(wēi)波(bō)辐射。其(qí)中红色(sè)的(de)部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色(sè)则表示(shì)相对较冷的区(qū)域，但实际上它(tā)们(men)之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家(jiā)们通过(guò)对前景背景分离后的二(èr)值图像进(jìn)行连通域提取(qǔ)和标记之后(hòu)发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需(xū)要(yào)的(de)暗物(wù)质(zhì)大约是普通(tōng)物质的(de)5倍。这个数字与解释(shì)星(xīng)系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质比(bǐ)例是(shì)一致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单(dān)的理论(lùn)框架，就很好地解释了很多不(bù)同的(de)观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类(lèi)型的粒子，它们(men)不(bù)参与任何其(qí)他的电(diàn)磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到(dào)这(zhè)种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存(cún)在的实(shí)际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子到底是什么？科(kē)学家(jiā)们(men)已(yǐ)经提出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目(mù)标粒子所需要的实验方式也(yě)不相(xiāng)同。在过去的几十(shí)年当中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常(cháng)规物质相互作用的(de)“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们(men)已经(jīng)进行(xíng)了(le)超(chāo)过50次的实验，却没有任何(hé)实质性(xìng)的(de)发现，除了(le)一(yī)个地方，意(yì)大(dà)利的格(gé)兰(lán)萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒(lì)子的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里的(de)科学家(jiā)声(shēng)称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的(de)事情(qíng)。探测率会在每年的(de)6月份达(dá)到峰(fēng)值，然后在(zài)11月降到最(zuì)低，而且(qiě)在20年(nián)当中(zhōng)每年(nián)都是(shì)一样。一些(xiē)科学家认为(wèi)这(zhè)可能是人(rén)类发现(xiàn)暗物质的第(dì)一个直接(jiē)证据。

但是为什么(me)暗物质会(huì)产生周期性的年(nián)度(dù)信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银(yín)河(hé)系进行移动(dòng)，那么(me)如(rú)果暗物(wù)质存(cún)在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的(de)速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同时地(dì)球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银(yín)河系(xì)的方向是一致的，而(ér)另外(wài)半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到完全一致(zhì)，这是理论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物(wù)质(zhì)流最快的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好达到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际(jì)的(de)情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银河(hé)系的平(píng)面呈现了(le)60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来(lái)解释，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这(zhè)种年度周期(qī)信(xìn)号的差(chà)异(yì)也可能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚至(zhì)连意(yì)大(dà)利游客的(de)数量也符(fú)合(hé)这(zhè)个周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在南(nán)半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的(de)季(jì)节与之前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地(dì)球穿过暗(àn)物质流的运(yùn)动(dòng)特征和第一个(gè)实验室是(shì)一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗(àn)物(wù)质所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是(shì)由于这(zhè)个实验(yàn)室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目(mù)前(qián)还无法提供相应的数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望远镜(jìng)，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供(gōng)的视野是(shì)哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中(zhōng)一个关(guān)键的用途(tú)就是探(tàn)索暗物(wù)质背后的(de)奥秘(mì)，对(duì)于探测的(de)结果，我们只能拭目(mù)以待(dài)了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心(xīn)的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它们极有可(kě)能(néng)拥有(yǒu)另一种神(shén)秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗(àn)物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味(wèi)着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的(de)行星上，暗物质正在(zài)通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的大前提是要先找到(dào)暗(àn)物(wù)质存在的实际(jì)证据(jù)。那(nà)么小伙(huǒ)伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗(àn)物(wù)质到底存不(bù)存(cún)在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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