宇宙是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学(xué)无法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗物质存在(zài)的(de)证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但是(shì)却没(méi)有(yǒu)发现任何(hé)的有(yǒu)效证据。除了一个(gè)地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它(tā)揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规(guī)律。往后的几百年来，当天(tiān)文学家(jiā)们发现某些(xiē)天体运(yùn)行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天(tiān)体(tǐ)通(tōng)过引力在摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就通过(guò)天(tiān)王星运行(xíng)轨(guǐ)道的(de)异常，推算并(bìng)且发(fā)现了(le)海王(wáng)星的存在(zài)。另外，哈(hā)雷华夏儿女指什么意思，华夏儿女是啥意思彗(huì)星、冥王星的(de)发(fā)现都是(shì)应用万有引力(lì)定律所(suǒ)取得重大天文成就的(de)例子。但是这(zhè)些(xiē)发现都(dōu)是在恒星(xīng)系(xì)统的尺度(dù)当中，可当我们上升(shēng)到(dào)星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度(dù)，事(shì)情就开始变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学(xué)家(jiā)弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是一个(gè)由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力(lì)束缚在一起。测(cè)量(liàng)星(xīng)系团的(de)质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果(guǒ)一(yī)致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得(dé)其"光度学的(de)质量"，需要的(de)数(shù)据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是(shì)动(dòng)力(lì)学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移(yí)测(cè)量星系(xì)团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了(le)，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的(de)形(xíng)式所存在，我(wǒ)们(men)无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星(xīng)系团中很多星(xīng)系的速(sù)度比理(lǐ)论上(shàng)要(yào)快得多，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所(suǒ)产(chǎn)生的引力是无法(fǎ)将它们束(shù)缚在星系团内的，它们早就(jiù)应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但(dàn)是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人(rén)们(men)对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词(cí)才再一次出现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特(tè)在(zài)观测仙女(nǚ)座(zuò)星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距(jù)离中心越远(yuǎn)的(de)恒(héng)星(xīng)在其轨道(dào)上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果却让人感(gǎn)到(dào)不可(kě)思议(yì)。

随(suí)着与中心(xīn)距离的增加，恒星的(de)旋转速度(dù)几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足(zú)够(gòu)大的质量来吸引它(tā)们，这些(xiē)外(wài)围的(de)恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了(le)。基(jī)于这种现象，科学家(jiā)们会使用一(yī)种相对标准的方法来解释暗(àn)物(wù)质的(de)存(cún)在(zài)，这(zhè)种方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是测量(liàng)星(xīng)系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为是(shì)由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学家们(men)通过(guò)射(shè)电望远镜测(cè)量了距离星(xīng)系(xì)中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律(lǜ)进行(xíng)计(jì)算，太(tài)阳系的运(yùn)行速度应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银(yín)河系(xì)旋转，这个实际速度(dù)远远大(dà)于理论速度，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的原因(yīn)很(hěn)可能就是存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外(wài)恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估(gū)算在星系(xì)当(dāng)中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不(bù)是(shì)唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在(zài)一项(xiàng)新的(de)研(yán)究(jiū)当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度(dù)上的微小差异。另外，天文(wén)学家还(hái)发现了一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地(dì)球大(dà)约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系(xì)不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的(de)恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星系必须(xū)存在暗物(wù)质，否则就会分崩离(lí)析。但是(shì)科(kē)学家们使用最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的(de)详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星运动是可以用(yòng)正常的物质和力学定律(lǜ)来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的(de)另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的(de)附近没有任何星系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质的假说之(zhī)外(wài)，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的工作方式是(shì)不同的，这意味着(zhe)在行星(xīng)系尺度(dù)中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方(fāng)式运(yùn)动。但是(shì)上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间的(de)相(xiāng)互作用则是不同(tóng)的(de)方式(shì)。对于在星(xīng)系(xì)团之(zhī)间的相互作用(yòng)，科学家还引入(rù)了外部场效应的(de)概(gài)念，指的是(shì)在(zài)数百(bǎi)万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生(shēng)对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味(wèi)着我(wǒ)们(men)需要对现(xiàn)在的(de)物理定律进行(xíng)修正，这(zhè)些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是(shì)在宇宙当中还有(yǒu)关于(yú)暗物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论证(zhèng)据(jù)是蒙德(dé)理(lǐ)论所(suǒ)没法(fǎ)解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿(yì)光(guāng)年的(de)子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时(shí)候(hòu)，星际气体的相互作用就会(huì)导致温度(dù)的(de)急剧升高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大(dà)部分的质量将位于所有这些气(qì)体所在的中间区域(yù)。那么我们通过什么来验(yàn)证它的(de)质量区域(yù)到底是不是(shì)集(jí)中在中间呢(ne)？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩的高清照(zhào)片(piàn)，在照片中我们可以明显地看到很多(duō)星系(xì)似乎被(bèi)拉(lā)伸(shēn)产生(shēng)了巨(jù)大的(de)形变。其(qí)实这些星(xīng)系本(běn)身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远镜(jìng)出(chū)了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观(guān)测(cè)者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会使(shǐ)身(shēn)后(hòu)更遥远星(xīng)系的光都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是引(yǐn)力(lì)透镜效(xiào)应。这(zhè)个(gè)巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发(fā)现它的(de)大质(zhì)量区域并(bìng)不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团发(fā)生全(quán)部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到的质量气体被卡(kǎ)在(zài)了(le)中间，暗(àn)物质则直接通过(guò)了这个区域，并在(zài)两(liǎng)边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透(tòu)镜研究也(yě)被认(rèn)为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后(hòu)，可见光终于(yú)可以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留(liú)下了(le)各相同(tóng)性的(de)微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对(duì)较冷的区(qū)域，但(dàn)实(shí)际(jì)上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通(tōng)过对前景背景分离后的二值图(tú)像进行连通(tōng)域提取和标记(jì)之后(hòu)发现(xiàn)，如果宇宙当中没(méi)有暗(àn)物(wù)质，图形看起(qǐ)来不应该(gāi)是这样的(de)，而随着(zhe)暗物质的增(zēng)加，一(yī)些(xiē)峰值(zhí)的幅(fú)度会(huì)减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了(le)匹配(pèi)宇宙微波背景辐(fú)射的测量(liàng)值，我们需(xū)要的暗物质大约(yuē)是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解(jiě)释星系(xì)当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理(lǐ)论框架，就很(hěn)好地解(jiě)释了很多不同的观(guān)测结(jié)果。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某种类型的粒子(zi)，它们(men)不参与(yǔ)任何其他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力(lì)来相互作用。所以如果能(néng)够找到这(zhè)种粒(lì)子的存(cún)在，就(jiù)相当(dāng)于找到了暗物质(zhì)存(cún)在的实际证(zhèng)据。这种粒子到(dào)底是(shì)什么(me)？科学家们(men)已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子(zi)所需要的实验方式也(yě)不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家们(men)已经进行了(le)超过(guò)50次的(de)实验(yàn)，却(què)没有任何实(shí)质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大(dà)利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大(dà)的(de)地学实验(yàn)室，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一直致力(lì)于(yú)寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家(jiā)声称(chēng)观测到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多(duō)年(nián)的数(shù)据(jù)收集(jí)，人们发现了一个有趣(qù)的事情(qíng)。探测率会(huì)在每(měi)年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到(dào)最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一(yī)样。一些(xiē)科学家认为这可能(néng)是人类发现(xiàn)暗(àn)物质(zhì)的第一(yī)个直接证据。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么(me)如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着我们(men)也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流(liú)，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进(jìn)行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的(de)方向与太阳环绕银(yín)河系的方向是一(yī)致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的(de)方(fāng)向(xiàng)正(zhèng)好达(dá)到完全一致，这(zhè)是(shì)理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了最慢值(zhí)。尽管在实际的(de)情(qíng)况中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效(xiào)性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为这可以用(yòng)来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信号(hào)。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年度(dù)周期信号的差异(yì)也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至(zhì)连意(yì)大利游客的数量(liàng)也符合这个周(zhōu)期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验(yàn)室，这里(lǐ)的季节与之前(qián)的实验室正好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质(zhì)流(liú)的运动特(tè)征(zhēng)和第一个(gè)实(shí)验室(shì)是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到(dào)相(xiāng)同的(de)信号，就可以成(chéng)为暗物质所(suǒ)存在的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据(jù)了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至目前还无(wú)法提(tí)供相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希(xī)格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了(le)。费米实(shí)验室粒子(zi)天体物(wù)理中心(xīn)的科(kē)学(xué)家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能(néng)拥(yōng)有另一种神秘的(de)效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是(shì)生命进化的(de)一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大(dà)前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗物质到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的(de)支(zhī)持是(shì)我更新(xīn)的动力！

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