宇宙是“人为制(zhì)造”的(de)？为(wèi)何(hé)会存在科(kē)学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家(jiā)们在过去的(de)几十年当(dāng)中进行了超过50次的(de)长(zhǎng)期实(shí)验，但是却没有发(fā)现任何的有效证据(jù)。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有引力(lì)定律，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的(de)规律。往后的几百年来(lái)，当天文(wén)学家们发现(xiàn)某(mǒu)些(xiē)天体运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异(yì)常，不符合万有引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他们就会(huì)知道，周围一(yī)定(dìng)有未知(zhī)的(de)天体通过引力在(zài)摄(shè)动它的轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异(yì)常，推算并且发现了(le)海(hǎi)王星的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用(yòng)万有引力定律所取(qǔ)得重大天文(wén)成就(jiù)的例子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星系或者是(shì)星团的(de)尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨(cí)兹(zī)威基正在研究和测量(liàng)后发星系团(tuán)的质量。这(zhè)是一(yī)个由数千个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚在一(yī)起。测量星系(xì)团(tuán)的(de)质量一(yī)般会使用(yòng)到两种方(fāng)法，当(dāng)两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度(dù)学的质量(liàng)"，需要的数(shù)据是(shì)测(cè)量各个星系的光度(dù)。

第二(èr)种是动力(lì)学质(zhì)量的计算，是利(lì)用光谱红(hóng)移测量星(xīng)系团中的各(燃气热水器是一直开着还是用时开省电，燃气热水器每天晚上需要关吗gè)个星系相(xiāng)对于(yú)星系(xì)团的运动速度。当测量结果出(chū)来(lái)之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异(yì)的是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的(de)速度(dù)比理论上要快得(dé)多，按(àn)照牛(niú)顿的(de)运动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的(de)质量所产生的引(yǐn)力是无(wú)法将它们束缚在星系(xì)团内的，它们(men)早就应该被抛出星(xīng)系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见(jiàn)的(de)暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部分的(de)质量。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离中心(xīn)越远的(de)恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会(huì)越慢(màn)。但是他们(men)观(guān)测的(de)结果却让人(rén)感到不(bù)可(kě)思议。

随着与中(zhōng)心距离的(de)增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎(hū)保持(chí)不变。可是(shì)根据牛(niú)顿的(de)万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系(xì)当中如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它(tā)们，这些(xiē)外(wài)围的恒(héng)星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用(yòng)一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来(lái)解(jiě)释暗(àn)物(wù)质(zhì)的存在(zài)，这种方法就是测量星(xīng)系(xì)当中气体在(zài)X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结(jié)果，就(jiù)认(rèn)为(wèi)是由(yóu)暗物(wù)质的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于是科学家们通(tōng)过(guò)射电望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离(lí)星系中(zhōng)心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并不(bù)符(fú)合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例(lì)外(wài)，太阳系(xì)位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力(lì)定律进(jìn)行(xíng)计(jì)算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个(gè)实际速度远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很可能就(jiù)是存在(zài)着(zhe)一(yī)种(zhǒng)我们看不到的(de)物(wù)质，是这些暗(àn)物质的引力效应将(jiāng)星系聚集(jí)在了(le)一起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人员(yuán)开始相信暗物质(zhì)的存在。科(kē)学家(jiā)根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中(zhōng)暗物(wù)质的质(zhì)量占整个星(xīng)系(xì)质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是(shì)唯一可(kě)以解释(shì)这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学(xué)家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速(sù)度(dù)上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了(le)一个(gè)反常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不(bù)多，但是星(xīng)系当中存在的恒(héng)星数(shù)量却只有银(yín)河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否(fǒu)则(zé)就(jiù)会分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家们使用最(zuì)先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个小时的(de)详(xiáng)细(xì)测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和力学定律来(lái)解释的。那(nà)么又有人(rén)提(tí)出，也许(xǔ)该(gāi)星(xīng)系的(de)暗(àn)物(wù)质，已经被附近(jìn)的另一(yī)个(gè)大星系剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近没有任何星系(xì)存在。造成这(zhè)些现象的(de)除了(le)暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理解还不够(gòu)全面(miàn)，引(yǐn)力很(hěn)可能在不同尺度(dù)空间中的(de)工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着它(tā)们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方(fāng)式(shì)运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系和(hé)星团的尺度，引力(lì)之(zhī)间的(de)相互作用(yòng)则是(shì)不同的(de)方式。对于在星系团(tuán)之间(jiān)的相互作用，科学家还(hái)引入了外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光年(nián)的规模上(shàng)，巨大(dà)的质量之间会(huì)产(chǎn)生对(duì)彼此特殊的(de)效(xiào)果(guǒ)，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味(wèi)着我们需要对(duì)现在(zài)的物(wù)理定律进行修(xiū)正，这些发现也让(ràng)很多(duō)人(rén)认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这(zhè)样的(de)星(xīng)团，它们(men)大部(bù)分的普通质量(liàng)都(dōu)在星系(xì)的气体当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的相互作(zuò)用就会导(dǎo)致温度的(de)急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)大部分的质(zhì)量将位(wèi)于(yú)所有这些气(qì)体所在(zài)的中间(jiān)区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片(piàn)中(zhōng)我们可以明显(xiǎn)地看到很多(duō)星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并不是真的被扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这(zhè)样极(jí)遥(yáo)远的天体(tǐ)和我们地(dì)球上的(de)观测者之(zhī)间。被(bèi)一个质量超级(jí)巨大的天(tiān)体(tǐ)遮(zhē)挡(dǎng)，这(zhè)个超(chāo)大质量的东西的引(yǐn)力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的(de)大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测(cè)到(dào)的质量气(qì)体被(bèi)卡(kǎ)在(zài)了中间，暗(àn)物质则直接通过了(le)这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也(yě)被认(rèn)为是暗物(wù)质存在的迄(qì)今为(wèi)止最(zuì)好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终(zhōng)于(yú)可以畅通(tōng)无(wú)阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过(guò)了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留(liú)下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差(chà)只有万分之一。

科学家们(men)通过对前景背景(jǐng)分离后(hòu)的(de)二值图像(xiàng)进(jìn)行连通域(yù)提取和标(biāo)记之后发现，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰值的(de)幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运动所需(xū)要的(de)暗(àn)物质比例是一致的(de)。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的(de)理论框架，就(jiù)很好地(dì)解释了很多(duō)不同(tóng)的观测结果。而暗物(wù)质的(de)本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与任(rèn)何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如(rú)果能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是什么(me)？科学家们已(yǐ)经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会与(yǔ)常规物(wù)质相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的(de)地下矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一(yī)直(zhí)致力于寻(xún)找暗物(wù)质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声(shēng)称(chēng)观测(cè)到了(le)某种信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们(men)发现(xiàn)了一个有趣(qù)的(de)事情。探测率(lǜ)会在(zài)每年的6月份(fèn)达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到(dào)最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学家(jiā)认(rèn)为这可能(néng)是人类发现暗物质的第一(yī)个(gè)直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性的年(nián)度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那(nà)么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意(yì)味着(zhe)我们(men)也在以(yǐ)这样(yàng)的速度在(zài)穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕(rào)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月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达(dá)到完(wán)全一致(zhì)，这是理论上地(dì)球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达(dá)到了(le)最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的燃气热水器是一直开着还是用时开省电，燃气热水器每天晚上需要关吗平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影(yǐng)响(xiǎng)这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来(lái)解释，研究人员们所(suǒ)观(guān)测到的周期性(xìng)信号(hào)。当然也可能有其他的情(qíng)况，造(zào)成这种年度(dù)周期信号的差异也可(kě)能是温(wēn)度(dù)、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的(de)水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意(yì)大利游(yóu)客的数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)又在(zài)南半球建立了一(yī)个几乎相同的实验室(shì)，这里(lǐ)的季节(jié)与(yǔ)之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球(qiú)穿过(guò)暗物质(zhì)流的运动特征和(hé)第(dì)一(yī)个(gè)实验室(shì)是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到(dào)相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存(cún)在的非常有力的(de)证据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提(tí)供相应的(de)数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望(wàng)远镜(jìng)，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提(tí)供的视野(yě)是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关(guān)键的用途(tú)就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理中心的(de)科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究(jiū)发(fā)现，如果暗(燃气热水器是一直开着还是用时开省电，燃气热水器每天晚上需要关吗àn)物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生(shēng)，或(huò)者说(shuō)是生命(mìng)进化(huà)的(de)一个重(zhòng)要因素(sù)。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到进(jìn)一步(bù)的(de)证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不(bù)会意味(wèi)着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当然(rán)，这些推论的大(dà)前提是要(yào)先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质(zhì)到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新的动力！

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