宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗(àn)物(wù)质(zhì)”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什么？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在(zài)的(de)证据，科学(xué)家们在过(guò)去的几十年当中(zhōng)进行了超过(guò)50次的(de)长期实验，但是却没有(yǒu)发(fā)现任(rèn)何的有效证据(jù)。除了(le)一个地(dì)方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示(shì)了宇宙(zhòu)中天(tiān)体(tǐ)运动(dòng)的(de)规(guī)律。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符(fú)合万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律的(de)时候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周围一(yī)定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它(tā)的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天(tiān)王星运行(xíng)轨道的异(yì)常，推算(suàn)并(bìng)且发(fā)现(xiàn)了海王(wáng)星的(de)存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都(dōu)是应用万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)所取得重大天文成就的例子(zi)。但是这(zhè)些发(fā)现都是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度(dù)当(dāng)中，可当(dāng)我们上升到(dào)星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学(xué)家弗里茨(cí)兹威基正在(zài)研(yán)究和测量后发(fā)星系团的质量。这是(shì)一个由数千个星系(xì)所组成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系(xì)被引力(lì)束缚在一(yī)起。测量(liàng)星系团的(de)质量一(yī)般会(huì)使用到(dào)两种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可(kě)以确(què)定(dìng)其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的(de)数据(jù)是测量各个星(xīng)系(xì)的光度。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各(gè)个(gè)星系相对于(yú)星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或(huò)者说这(zhè)99%的质量(liàng)并不以可见光的(de)形(xíng)式(shì)所(suǒ)存在，我们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的(de)是，在测量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些(xiē)可见(jiàn)星(xīng)系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出(chū)星系团之(zhī)外了，除非有一种神(shén)秘(mì)的力量在起作(zuò)用，这种力(lì)量(liàng)来源于(yú)某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾(431mm是多少厘米 431mm是多少米gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再(zài)一(yī)次出(chū)现(xiàn)。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动(dòng)。理论上来(lái)说，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感到(dào)不(bù)可(kě)思(sī)议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎(hū)保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如果(guǒ)没有足够大的质(zhì)量来吸引它(tā)们(men)，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学家们(men)会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标(biāo)准的方法(fǎ)来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测(cè)量(liàng)星(xīng)系当中气(qì)体(tǐ)在(zài)X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心(xīn)的(de)距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就认(rèn)为是(shì)由暗物(wù)质(zhì)的力量(liàng)进入(rù)其中。

于是(shì)科学家们(men)通过射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更(gèng)远距离的氢(qīng)元素(sù)，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河(hé)系中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有引(yǐn)力定律进行计算(suàn)，太(tài)阳(yáng)系的(de)运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳(yáng)系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河系(xì)旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于(yú)理论速度，那么产(chǎn)生(shēng)以上(shàng)这种向心加速(sù)度(dù)的原因很可(kě)能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引(yǐn)力效应将(jiāng)星系聚集在(zài)了(le)一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究人(rén)员(yuán)开始相(xiāng)信(xìn)暗(àn)物质的存(cún)在。科学家根据星系(xì)外恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估算在星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)暗物质的质量占整个(gè)星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一可(kě)以(yǐ)解释这(zhè)个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中(zhōng)，科学家(jiā)们(men)发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文学家(jiā)还发(fā)现了一(yī)个反常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地(dì)球(qiú)大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和(hé)银河系不多，但是星(xīng)系(xì)当中存在的恒星数(shù)量却(què)只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物(wù)质(zhì)，否则就会分崩离析。但是(shì)科学(xué)家们(men)使用最(zuì)先(xiān)进的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的(de)详细(xì)测量(liàng)之后，发现星系中的恒星(xīng)运(yùn)动是(shì)可以用正常(cháng)的物质和力(lì)学定律来解(jiě)释的。那么又(yòu)有(yǒu)人(rén)提(tí)出，也许该(gāi)星(xīng)系的暗物(wù)质，已经(jīng)被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是(shì)，它的附(fù)近(jìn)没(méi)有任何(hé)星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之外(wài)，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理(lǐ)解还不(bù)够(gòu)全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作方式是不(bù)同的，这意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的(de)轨道，按照我们所理解的(de)方式(shì)运动。但是上升到(dào)星系和(hé)星(xīng)团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星(xīng)系团之(zhī)间的相(xiāng)互作用，科学家还引入(rù)了外部场效(xiào)应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊(shū)的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着(zhe)我(wǒ)们(men)需要对现在的(de)物理(lǐ)定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关(guān)于(yú)暗物质存(cún)在(zài)的其他的理论(lùn)证据，这些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德理论(lùn)所没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样的(de)星团，它(tā)们(men)大部分的普通(tōng)质量都(dōu)在(zài)星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互(hù)作用(yòng)就会(huì)导致温度(dù)的急(jí)剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的(de)质量将位于所(suǒ)有这些气体所在(zài)的(de)中间(jiān)区(qū)域。那么我们(men)通过什(shén)么来验证它(tā)的质量(liàng)区域(yù)到(dào)底(dǐ)是不(bù)是(shì)集(jí)中在中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可以明(míng)显地(dì)看到很多星系(xì)似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大的(de)形变。其实这些星(xīng)系本身并不(bù)是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什(shén)么(me)问题，而是这样极遥远的(de)天(tiān)体(tǐ)和(hé)我们(men)地球上的观测者之(zhī)间(jiān)。被一个(gè)质量超级(jí)巨(jù)大(dà)的天体遮挡，这个(gè)超大质量(liàng)的东西的引力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星系的(de)光都发(fā)生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个(gè)现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时(shí)候(hòu)，发现它(tā)的大质(zhì)量区(qū)域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释(shì)方法就是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观(guān)测(cè)到的质量(liàng)气(qì)体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这(zhè)个区(qū)域，并(bìng)在两边(biān)形成了(le)引力透镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的(de)引力透镜研究也被认(rèn)为(wèi)是暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还(hái)有来(lái)自宇宙当中最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背(bèi)景上留下(xià)了各相(xiāng)同性(xìng)的(de)微波辐射。其中红色的(de)部(bù)分(fēn)表示(shì)温(wēn)度较高的(de)区(qū)域，蓝色(sè)则表示(shì)相对较(jiào)冷的区域，但实际(jì)上它们之(zhī)间(jiān)的温(wēn)差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家(jiā)们通过对(duì)前(qián)景背景分离后的(de)二(èr)值图(tú)像进行连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随(suí)着暗(àn)物质(zhì)的(de)增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需要的(de)暗物质大约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解释星系(xì)当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一个(gè)简(jiǎn)单的(de)理论框架，就很好地解(jiě)释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的(de)粒子(zi)，它们不参与任何其(qí)他(tā)的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互(hù)作用(yòng)。所以(yǐ)如果能够(gòu)找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们已经(jīng)提出了数十种(zhǒng)的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要的实验(yàn)方式也(yě)不相(xiāng)同。在过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这(zhè)些看(kàn)不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不会与常规(guī)物质相互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已经进行了(le)超过50次(cì)的实(shí)验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实(shí)验室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种信号(hào)。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为这可能(néng)是人类发现暗物质的第一个(gè)直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银(yín)河系进行移动(dòng)，那么如(rú)果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在(zài)以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地(dì)球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的(de)方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地(dì)球与太(tài)阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这(zhè)并不(bù)影响这(zhè)个理(lǐ)论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年(nián)度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量(liàng)也符合(hé)这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建立了一(yī)个几乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里的季节与之前的实验室(shì)正(zhèng)好相反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿(chuān)过(guò)暗物质(431mm是多少厘米 431mm是多少米zhì)流(liú)的运动特征和第(dì)一(yī)个(gè)实验(yàn)室(shì)是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这(zhè)里可以(yǐ)得到相同的(de)信号，就可以成为(wèi)暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但是由(yóu)于这个实验(yàn)室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截至(zhì)目前(qián)还无法提供相(xiāng)应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室(shì)粒(lì)子天体物(wù)理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究(jiū)发现，如(rú)果暗(àn)物(wù)质存在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一(yī)个重要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论得到进(jìn)一(yī)步的证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不(bù)会(huì)意(yì)味(wèi)着人类(lèi)并不孤单(dān)呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效(xiào)应创(chuàng)造(zào)生(shēng)命(mìng)。当然，这(zhè)些推(tuī)论的(de)大前提是要先(xiān)找到暗(àn)物质存(cún)在的实际(jì)证据(jù)。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新的动(dòng)力！

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