宇宙是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何会存(cún)在科学无法解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的(de)证据，科学家们在(zài)过(guò)去的几十年(nián)当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长期(qī)实验(yàn)，但是(shì)却没有发现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当天文(wén)学家们发现某些(xiē)天体运(yùn)行(xíng)轨道出现异(yì)常，不符(fú)合万有引力(lì)定律的时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就(jiù)通(tōng)过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用(yòng)万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)所取得重(zhòng)大天文成就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发现(xiàn)都是在(zài)恒星系(xì)统(tǒng)的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们上(shàng)升到星系或(huò)者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星系团的质量(liàng)。这是(shì)一个由数千(qiān)个星系所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些星系被(bèi)引力束缚在一(yī)起。测量星系团的质(zhì)量(liàng)一般会使用(yòng)到(dào)两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其质量(liàng)的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得(dé)其(qí)"光(guāng)度(dù)学的(de)质量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的(de)光度。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质(zhì)量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于(yú)星系(xì)团的运动(dòng)速(sù)度。当测(cè)量结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们(men)无法看到。最(zuì)诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发(fā)现星系团中(zhōng)很多星系的速度(dù)比理论上要快得(dé)多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是(shì)无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在星系(xì)团(tuán)内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该(gāi)被抛(pāo)出星系团(tuán)之外了(le)，除非(fēi)有一种神秘的力(lì)量在起作用，这(zhè)种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分的(de)质(zhì)量。只是(shì)当时(shí)的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特在观(guān)测仙女座星系中的(de)恒星运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越(yuè)远(yuǎn)的(de)恒星在其(qí)轨道上的运行速度就会越蒙口是什么档次，蒙口是什么档次的牌子慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感到不可思议(yì)。

随着与中心距(jù)离的(de)增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用一(yī)种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质(zhì)的(de)存在(zài)，这种方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中(zhōng)心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转速度。如(rú)果出现(xiàn)异(yì)常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通(tōng)过射(shè)电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们(men)的太(tài)阳(yáng)系也(yě)不例外，太阳系(xì)位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距(jù)离(lí)银(yín)河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于(yú)理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的原因很可能(néng)就是存在着一种我们(men)看不到的(de)物质，是这(zhè)些暗(àn)物质(zhì)的引(yǐn)力(lì)效应将星(xīng)系聚集(jí)在了一(yī)起。

也(yě)是(shì)从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多(duō)的研究人(rén)员开始相信暗物质(zhì)的(de)存(cún)在。科(kē)学家根(gēn)据星系外恒星轨道(dào)的速(sù)度，估算在星系当(dāng)中暗物质的(de)质量占(zhàn)整个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质并不(bù)是唯一可以解释这个现象的(de)原(yuán)因。在(zài)一项新的研究(jiū)当中，科学家们(men)发现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间(jiān)，也会出(chū)现速度(dù)上的微小差(chà)异。另(lìng)外，天文学家还(hái)发(fā)现了一(yī)个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是(shì)星系当中存(cún)在(zài)的恒星(xīng)数量却只有银河系的(de)千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使(shǐ)用最先(xiān)进的望远镜对其进行了(le)40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量之后，发(fā)现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动是(shì)可以用(yòng)正常的物质(zhì)和力学定律(lǜ)来(lái)解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了(le)暗物(wù)质的(de)假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力(lì)的理(lǐ)解还(hái)不(bù)够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意(yì)味着在行星系尺度中的(de)天体会沿(yán)着(zhe)它们的轨道(dào)，按(àn)照(zhào)我(wǒ)们所理解(jiě)的方式(shì)运(yùn)动。但是上升到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的相互作(zuò)用则是不同(tóng)的方(fāng)式。对于在星系团之间的相互作用，科学家(jiā)还引入了(le)外部(bù)场效应的概念(niàn)，指的(de)是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会(huì)产生(shēng)对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味(wèi)着我们需要对现在的(de)物理定律进行(xíng)修正，这(zhè)些发(fā)现也(yě)让很(hěn)多人(rén)认为暗(àn)物质(zhì)假说理(lǐ)论就此终结(jié)。但是在(zài)宇宙当中还有关(guān)于(yú)暗(àn)物(wù)质存在的其他(tā)的理论证据(jù)，这(zhè)些理论(lùn)证据(jù)是蒙德(dé)理论所(suǒ)没(méi)法(fǎ)解释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年(nián)的(de)子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似(shì)这样(yàng)的(de)星(xīng)团，它(tā)们(men)大(dà)部分(fēn)的(de)普通(tōng)质(zhì)量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用就会导致(zhì)温度的急(jí)剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部(bù)分的质量将位于(yú)所有这些气体所(suǒ)在(zài)的中(zhōng)间(jiān)区域。那么(me)我们通过什么(me)来(lái)验证(zhèng)它的质(zhì)量区(qū)域(yù)到(dào)底是不是集(jí)中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太空望远镜传回(huí)了(le)宇宙当中(zhōng)第一张全彩的(de)高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这些星(xīng)系(xì)本(běn)身并不(bù)是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出(chū)了什么问题，而是(shì)这样极(jí)遥远的天体和我们地球上的观测(cè)者(zhě)之(zhī)间。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大的(de)天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会(huì)使(shǐ)身(shēn)后(hòu)更遥(yáo)远(yuǎn)星系(xì)的(de)光(guāng)都发生(shēng)了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大(dà)的天体可能是超(chāo)大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的(de)大(dà)质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方法就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质(zhì)则直接通(tōng)过了(le)这(zhè)个区域，并在(zài)两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的引力(lì)透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在(zài)的(de)迄今为止最好(hǎo)的理论证(zhèng)据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越(yuè)在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过了130多(duō)亿(yì)年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留下(xià)了(le)各(gè)相同(tóng)性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较(jiào)高(gāo)的区(qū)域，蓝(lán)色(sè)则表(biǎo)示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们(men)之(zhī)间的温差只有万分之一(yī)。

科(kē)学家们通过对前(qián)景背景分离后的二值图(tú)像进行(xíng)连通(tōng)域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看(k蒙口是什么档次，蒙口是什么档次的牌子àn)起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射(shè)的测(cè)量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗(àn)物质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架(jià)，就很(hěn)好(hǎo)地(dì)解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在(zài)着某(mǒu)种类型(xíng)的粒(lì)子，它(tā)们不参(cān)与任何(hé)其(qí)他的电磁(cí)作(zuò)用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果能(néng)够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子到底(dǐ)是什么？科学家们(men)已经提(tí)出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标(biāo)粒子所需要的实验方(fāng)式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超(chāo)过50次的(de)实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现(xiàn)，除(chú)了一个地(dì)方，意(yì)大(dà)利的格(gé)兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的(de)地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大的地学实验(yàn)室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三(sān)层楼高的探测(cè)器，一直致(zhì)力于寻找暗(àn)物(wù)质粒(lì)子的周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年(nián)的数(shù)据收集，人们发(fā)现了(le)一个有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会(huì)在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月(yuè)降(jiàng)到最低(dī)，而且在(zài)20年(nián)当中(zhōng)每(měi)年都(dōu)是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第(dì)一(yī)个直(zhí)接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着(zhe)银河系(xì)进行移动，那(nà)么如(rú)果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的(de)速(sù)度在穿越着(zhe)暗物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会(huì)产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地(dì)球围绕太(tài)阳(yáng)的方向与太(tài)阳环绕银(yín)河系的方向是一致的(de)，而另外半年则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳(yáng)系相对蒙口是什么档次，蒙口是什么档次的牌子银(yín)河(hé)系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效性。

因(yīn)此科学(xué)家(jiā)认为这可(kě)以用来解释(shì)，研(yán)究人员们所(suǒ)观测(cè)到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其(qí)他的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年(nián)度周期信号的差异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山(shān)上的(de)积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合这个(gè)周期(qī)的(de)规律。

所以，科学家们又在南(nán)半(bàn)球建立了一个(gè)几乎相(xiāng)同(tóng)的实验室，这里的(de)季节与之(zhī)前(qián)的实验室正好相反，而(ér)在这里，地(dì)球(qiú)穿(chuān)过暗(àn)物(wù)质流的运动特征和第(dì)一个实验(yàn)室(shì)是一样的(de)。

因(yīn)此，如(rú)果(guǒ)在(zài)这里可以(yǐ)得到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常有力的(de)证(zhèng)据了。但是由(yóu)于这个实验室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所以截至目(mù)前还无(wú)法提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的(de)视野是哈勃红外(wài)仪器的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关(guān)键的用途(tú)就是探(tàn)索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目以待了(le)。费米实验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘(mì)的(de)效应，这(zhè)种暗物(wù)质效应，会支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化的一(yī)个重要因(yīn)素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗(àn)物质会不会意(yì)味着人类(lèi)并不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个(gè)角落的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正在通(tōng)过这样(yàng)的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么(me)小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的(de)动(dòng)力！

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