宇宙是“人为制(zhì)造”的？为(wèi)何(hé)会存在科学无法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学(xué)家们在过(guò)去的几(jǐ)十年当中(zhōng)进行了超过50次的(de)长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何(hé)的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表(biǎo)了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文(wén)学家们(men)发(fā)现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律的时候(hòu)，他(tā)们就会(huì)知道，周(zhōu)围一(yī)定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的(de)轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天(tiān)王星运(yùn)行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用(yòng)万(wàn)有引力定律所取(qǔ)得重大天文成(chéng)就(jiù)的例子。但是(shì)这些(xiē)发现都是(shì)在(zài)恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星(xīng)系或(huò)者是星(xīng)团的(de)尺度，事情就开始变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹(zī)威基正在(zài)研究和测量后发星系团(tuán)的(de)质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星系(xì)所组成的巨(jù)大(dà)星系团(tuán)，这些星系被引(yǐn)力束缚在一(yī)起(qǐ)。测(cè)量星系团的(de)质(zhì)量一般会使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质(zhì)量的计算，是利(lì)用光谱红移测(cè)量(liàng)星系团中(zhōng)的各个星系相对于星(xīng)系团的运(yùn)动(dòng)速度。当测量结(jié)果(guǒ)出来之后(hòu)，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然(rán)是(shì)“光(guāng)度(dù)学质量”的(de)400倍。这意(yì)味着(zhe)，后(hòu)发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或(huò)者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速(sù)度的过(guò)程中(zhōng)，兹(zī)威(wēi)基发(fā)现(xiàn)星系团中很多星系的(de)速度比理(lǐ)论上要(yào)快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产生的(de)引力是无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于(yú)某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分(fēn)不(bù)可见的暗(àn)质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的(de)质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才再一次出现。天文学(xué)家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系(xì)中的恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上的(de)运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观测的(de)结果(guǒ)却让人感到不(bù)可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一种相对(duì)标准的方法来解(jiě)释暗物质的(de)存在，这种方法就是测量星系(xì)当中(zhōng)气(qì)体在(zài)X轴上(shàng)距离星(xīng)系中(zhōng)心(xīn)的(de)距(jù)离，以及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜测量了距(jù)离星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年(nián)，根(gēn)据(jù)万有引力定(dìng)律进行计算，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(qiān)米/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)银河(hé)系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于(yú)理论(lùn)速度，那么(me)产生以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们(men)看不到的物(wù)质，是(shì)这些暗物质的(de)引力效应将星系(xì)聚集在了一(yī)起。

也(yě)是从(cóng)这时开始，越来越多(duō)的研(yán)究(jiū)人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗(àn)物质的存在。科学家根据星(xīng)系(xì)外(wài)恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算(suàn)在(zài)星系当中(zhōng)暗物质(zhì)的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一(yī)可以解(jiě)释这个(gè)现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们(men)发(fā)现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现(xiàn)速(sù)度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河系不多，但(dàn)是星系当(dāng)中存(cún)在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星系必(bì)须(xū)存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使(shǐ)用最(zuì)先进(jìn)的望远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用正常的物(wù)质和力学定律来(lái)解释的。那么(me)又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附(fù)近的(de)另一个大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪的(de)是，它(tā)的附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这(zhè)些现象的(de)除了暗(àn)物质(zhì)的假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理解还不(bù)够全(quán)面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味(wèi)着在行星系尺度(dù)中的(de)天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨(guǐ)道，按(àn)照我(wǒ)们(men)所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星(xīng)系(xì)和星团的(de)尺度，引力之间的相互作用则是不同的方(fāng)式。对(duì)于在(zài)星(xīng)系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入(rù)了外部场效应的概念，指的(de)是在数百万光年(nián)的规模上(shàng)，巨大的(de)质量之间(jiān)会产生(shēng)对彼此特(tè)殊(shū)的效(xiào)果，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物(wù)理定(dìng)律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人(rén)认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他(tā)的(de)理(lǐ)论(lùn)证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的(de)子弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞1km等于多少米 1km是不是1公里的星系(xì)团所组成(chéng)，类似这样的(de)星团，它(tā)们大部分的(de)普(pǔ)通质量都在星系的气(qì)体(tǐ)当中。当星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的(de)相互(hù)作用(yòng)就会导致温度的急剧升高(gāo)，速(sù)度大幅(fú)降低。所以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质(zhì)量(liàng)将(jiāng)位于(yú)所有这(zhè)些气体所(suǒ)在(zài)的中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证(zhèng)它的(de)质量区域(yù)到底(dǐ)是(shì)不是(shì)集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以(yǐ)明显地看到很多(duō)星系似(shì)乎(hū)被(bèi)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(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什(shén)么(me)问题，而是这样(yàng)极遥远的(de)天体和(hé)我们地球上(shàng)的(de)观测者之间。被一个质量超级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生(shēng)了(le)扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个(gè)巨(jù)大(dà)的天体可能是超大(dà)质(zhì)量的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时(shí)候(hòu)，发现(xiàn)它的(de)大(dà)质量区域并不是(shì)在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的(de)解释方法就是当星团(tuán)发生全(quán)部(bù)的(de)碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了(le)引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物(wù)质存在的迄(qì)今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通无(wú)阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间(jiān)背景上留下(xià)了各相(xiāng)同性的微(wēi)波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷(lěng)的(de)区域(yù)，但实际上它们(men)之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家们通过(guò)对前景背景分离后的二值图像进行连(lián)通域(yù)提取和(hé)标记之后发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波(bō)背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的(de)暗物质大(dà)约(yuē)是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这(zhè)个(gè)数字(zì)与解释星系(xì)当中(zhōng)恒星运动(dòng)所(suǒ)需要(yào)的(de)暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了(le)很(hěn)多不同的(de)观测结果。而暗物(wù)质的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存(cún)在(zài)着(zhe)某(mǒu)种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在(zài)，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子到(dào)底是什(shén)么？科(kē)学(xué)家(jiā)们已经提出了数十(shí)种的(de)假想目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所(suǒ)需要的实验方式(shì)也不相(xiāng)同。在过(guò)去的(de)几十(shí)年(nián)当中，人类(lèi)为了寻找这些看不(bù)见、摸不到(dào)，几乎不会(huì)与常(cháng)规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过(guò)50次(cì)的实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了(le)一(yī)个地方(fāng)，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地(dì)学实(shí)验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高(gāo)的探(tàn)测器，一(yī)直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科(kē)学家声称(chēng)观测到了某(mǒu)种信号(hào)。经过了20多年的(de)数据收集，人们(men)发现了(le)一(yī)个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年都是一(yī)样。一些科学(xué)家认为这可(kě)能是人类发(fā)现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳系正(zh1km等于多少米 1km是不是1公里èng)在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕着银河系进行移(yí)动，那(nà)么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物(wù)质流，这个过程(chéng)中会产生相应的(de)振荡，同(tóng)时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳(yáng)的方向与太阳环(huán)绕银(yín)河系的方(fāng)向是一(yī)致的，而另外半年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的(de)时(shí)候，地(dì)球与太(tài)阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿(chuān)越暗(àn)物(wù)质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的(de)情况中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然(rán)也可能(néng)有其他的情况，造(zào)成这(zhè)种年度周期信号(hào)的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数(shù)量也符(fú)合(hé)这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科学家们又(yòu)在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的实(shí)验室(shì)，这里的季节与之前(qián)的实验(yàn)室(shì)正好相反，而在这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动(dòng)特(tè)征(zhēng)和第一个实验室是一样(yàng)的(de)。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以得到(dào)相同的信号(hào)，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存在(zài)的非常有力的(de)证据了。但是由于(yú)这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至(zhì)目前(qián)还无(wú)法提供(gōng)相应(yīng)的(de)数据(jù)支持。另(lìng)外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提(tí)供的(de)视野是(shì)哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空(kōng)望(wàng)远镜其中一个关键的用途就是(shì)探索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探(tàn)测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验(yàn)室粒子天体(tǐ)物理中心的科(kē)学(xué)家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研(yán)究发(fā)现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可(kě)能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进(jìn)化的一个重(zhòng)要因(yīn)素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)的暗(àn)物质会不(bù)会意味着人类(lèi)并不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这样的(de)效应创(chuàng)造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大前提是要先(xiān)找到暗(àn)物质存在的(de)实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的(de)动力！

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