宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家(jiā)们(men)在过去的几十年当中进行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却没有发(fā)现任何的(de)有效证据(jù)。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学(xué)数(shù)学原理一书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿(dùn)发表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常，不符合(hé)万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)的时候(hòu)，他们就(jiù)会知(zhī)道(dào)，周围一定有(yǒu)未知的(de)天体通过引(yǐn)力在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就通过天王(wáng)星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得(dé)重大天文(wén)成就(jiù)的例子(zi)。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们(men)上升到(dào)星系(xì)或(huò)者是星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基(jī)正(zhèng)在研(yán)究和(hé)测量后发星系(xì)团(tuán)的质量。这是一个由数千个(gè)星系(xì)所组(zǔ)成的巨(jù)大星系(xì)团，这些星系被引力(lì)束缚(fù)在(zài)一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质(zhì)量(liàng)一(yī)般会使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定其(qí)质量的(de)范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需要的数(shù)据是测量各个星系的光度。

第二种是(shì)动(dòng)力(lì)学(xué)质(zhì)量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星(xīng)系团中的各个星系(xì)相对于(yú)星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的(de)质量(liàng)并不以可(kě)见光的(de)形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中(zhōng)很多(duō)星系的(de)速度比理论上(shàng)要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们束(shù)缚(fù)在星系团内的，它们(men)早就应该被抛(pāo)出星(xīng)系团(tuán)之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们(men)对这(zhè)样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星(xīng)在其轨道上的(de)运行(xíng)速度就会越慢。但是(shì)他们观测的结果却让人感到(dào)不(bù)可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外(wài)围(wéi)的恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学(xué)家(jiā)们会(huì)使用一种(zhǒng)相对标准的(de)方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方(fāng)法就是(shì)测量(liàng)星(xīng)系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系(xì)中(zhōng)心的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上气体的(de)旋转速度(dù)。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是(shì)科学家们(men)通过射电望远镜测量了距离(lí)星系中心更远距离的氢元素，发现它们(men)的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于(yú)银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引(yǐn)力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运行(xíng)速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论(lùn)速(sù)度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗(àn)物质(zhì)的引力效应将星系聚(jù)集在了一(yī)起。

也是从这(zhè)时开始，越来越(yuè)多(duō)的研(yán)究人员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据(jù)星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不是唯(wéi)一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会出现速度上的微小差(chà)异。另外，天文(wén)学家还(hái)发现了一个(gè)反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小和银(yín)河系不多，但是(shì)星系(xì)当中存(cún)在的恒星数量却只有银河系(xì)的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离(lí)析。但是科(kē)学家(jiā)们(men)使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之(zhī)后(hòu)，发现(xiàn)星(xīng)系中(zhōng)的恒星(xīng)运动(dòng)是可(kě)以用(yòng)正常的(de)物(wù)质和力学定律(lǜ)来解释的。那(nà)么又(yòu)有人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附(fù)近没(méi)有任何星系(xì)存在。造成(chéng)这些现象的除(chú)了暗(àn)物质的(de)假说之外，另一种可能就是(shì)人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺度(dù)空(kōng)间花王牙膏为什么那么便宜，这三种牙膏千万别再买了(jiān)中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们(men)所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但是上升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团(tuán)之间(jiān)的(de)相互作用，科学家还(hái)引入了外(wài)部场(chǎng)效(xiào)应的(de)概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模(mó)上，巨(jù)大的质量(liàng)之间会(huì)产(chǎn)生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个(gè)理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这意味着(zhe)我们(men)需(xū)要(yào)对现在的物理定律进(jìn)行修正，这(zhè)些发现也让很多人(rén)认(rèn)为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关(guān)于暗(àn)物质存在的其他的理论(lùn)证据，这(zhè)些理论(lùn)证(zhèng)据是(shì)蒙德(dé)理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在(zài)星系的气(qì)体当(dāng)中(zhōng)。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系团大(dà)部(bù)分(fēn)的(de)质量将(jiāng)位(wèi)于(yú)所有这些气体所在(zài)的中间区域。那么(me)我们通过什么来验证(zhèng)它的(de)质量(liàng)区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我(wǒ)们可以明显(xiǎn)地看到(dào)很(hěn)多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产(chǎn)生了(le)巨大(dà)的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们(men)地球上的观测者(zhě)之间(jiān)。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大(dà)质量的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物质。

所以当人们(men)对子弹星系团(tuán)观测的(de)时(shí)候(hòu)，发(fā)现它(tā)的大质(zhì)量(liàng)区(qū)域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法就是(shì)当(dāng)星团发生全部的碰撞时(shí)，可(kě)被观测到的(de)质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这(zhè)个区域(yù)，并在两边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来(lái)自宇宙当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从(cóng)宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过(guò)了130多亿(yì)年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上(shàng)留下(xià)了各相(xiāng)同性的(de)微波辐(fú)射(shè)。其中红(hóng)色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较(jiào)冷的区域，但实(shí)际上它们之(zhī)间的温差只有万分之一(yī)。

科学家(jiā)们通过对前景背景(jǐng)分离后的(de)二值(zhí)图像(xiàng)进(jìn)行连通(tōng)域提取和标(biāo)记之后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一些(xiē)峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需(xū)要(yào)的(de)暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是(shì)一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存(cún)在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来(lái)相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子(zi)的存(cún)在，就相当于找到了暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。这种粒子(zi)到(dào)底是什(shén)么？科学(xué)家们(men)已经提出了(le)数(shù)十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要(yào)的实(shí)验方式也不(bù)相(xiāng)同。在过去的几(jǐ)十(shí)年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次的(de)实验，却(què)没有任何实质(zhì)性(xìng)的发现，除(chú)了一个(gè)地方，意大(dà)利的(de)格兰萨(sà)索山，隶属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球(qiú)上最大的地(dì)学实验室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层楼高(gāo)的(de)探测器(qì)，一直(zhí)致(zhì)力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒子的(de)周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的(de)科学(xué)家(jiā)声称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了(le)一(yī)个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每(měi)年都是一(yī)样。一些科学家认为这可能是(shì)人类发现暗物质(zhì)的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗(àn)物质(zhì)会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们(men)也(yě)在(zài)以这样的(de)速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时(shí)地(dì)球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的(de)速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕(rào)银河系的方向是(shì)一致的，而(ér)另外半年(nián)则与之相反。

而在(zài)6月(yuè)份的时(shí)候(hòu)，地球与太(tài)阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗(àn)物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管在实(shí)际的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相对银(yín)河(hé)系(xì)的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来(lái)解释，研究人(rén)员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造成这种年度(dù)周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客(kè)的数量(liàng)也符(fú)合这个周期的规(guī)律。

所以，科学(xué)家们又在(zài)南半球建立了一个(gè)几乎(hū)相(xiāng)同(tóng)的实验(yàn)室，这里(lǐ)的季节(jié)与之前(qián)的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过(guò)暗物(wù)质流(liú)的(de)运动(dòng)特征(zhēng)和第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有力(lì)的证据了。但(dàn)是由于这(zhè)个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希(xī)格雷斯罗(luó)曼(màn)太空(kōng)望远镜其(qí)中(zhōng)一(yī)个关键的用途就是探(tàn)索暗物质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我(wǒ)们(men)只能拭目(mù)以(yǐ)待(dài)了。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的(de)一个重(zhòng)要因(yīn)素(sù)。

如果这(zhè)一(yī)理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的(de)暗物质会不会意(yì)味着人(rén)类并不孤(gū)单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大(dà)前提(tí)是(shì)要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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