宇宙是“人为制(zhì)造”的？为(wèi)何会(huì)存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在(zài)的证(zhèng)据，科学家们在(zài)过去的(de)几十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现(xiàn)任(rèn)何的有效证(zhèng)据。除了一个(gè)地方，在1687年(nián)出(chū)版的自然哲(zhé)学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的几百年(nián)来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符(fú)合万有引力(lì)定(dìng)律的时候(hòu)，他们就会知道(dào)，周围一(yī)定有未知的天体通(tōng)过引(yǐn)力(lì)在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过(guò)天王星运(yùn)行轨道的(de)异常，推算并且(qiě)发(fā)现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律所取(qǔ)得重(zhòng)大天(tiān)文(wén)成就的例子。但(dàn)是(shì)这(zhè)些发现(xiàn)都是在(zài)恒星系统的尺度(dù)当中，可(kě)当我们上升到星系(xì)或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研(yán)究和测(cè)量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系(xì)被引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系(xì)团的质(zhì)量一般会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两(liǎng)种方法结(jié)果一致，就可以确(què)定其(qí)质(zhì)量的范(fàn)围。

第(dì)一种是获得(dé)其"光度(dù)学的(de)质(zhì)量"，需要的数(shù)据是测量各个(gè)星系(xì)的光度。

第二种是动(dòng)力学质量(liàng)的(de)计(jì)算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系相对于(yú)星系团(tuán)的运(yùn)动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是，在测量(liàng)速度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星系团中(zhōng)很(hěn)多星系的速度(dù)比理论上要(yào)快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的引(yǐn)力是无(wú)法将它(tā)们束缚(fù)在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系(xì)团之(zhī)外了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘(mì)的(de)力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提(tí)出了(le)这样(yàng)部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却占据着宇宙中(zhōng)绝大(dà)部(bù)分的质量。只是当时的人们(men)对这样的一(yī)种说法不屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速(sù)度(dù)就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让(ràng)人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不(bù)变。可是根据牛顿(dùn)的万(wàn)有引力(lì)定律，在星系当中如(rú)果(guǒ)没有足够(gòu)大的质量来吸引(yǐn)它们(men)，这(zhè)些外(wài)围的恒(héng)星(xīng)早就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这种现象，科学家们(men)会使用(yòng)一种相(xiāng)对(duì)标准的方法来解释(shì)暗(àn)物(wù)质的存在(zài)，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上(shàng)距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气(qì)体的旋转速(sù)度(dù)。如(rú)果出现(xiàn)异(yì)常的(de)结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物(wù)质的力量进入其中。

于是(shì)科学(xué)家(jiā)们通(tōng)过射电(diàn)望远镜(jìng)测量了距离(lí)星系(xì)中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元(yuán)素(sù)，发现它(tā)们的旋(xuán)转速度并不符(fú)合牛顿(dùn)的力学(xué)定(dìng)律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律进行计算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速(sù)度远远大(dà)于理论速(sù)度，那么(me)产生以上(shàng)这(zhè)种向心加速度(dù)的(de)原因很可能就是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集(jí)在(zài)了一起。

也(yě)是从这时(shí)开(kāi)始，越来(lái)越(yuè)多(duō)的研究人员开始相信(xìn)暗物质的存在。科(kē)学家根据(jù)星系外恒(héng)星轨道的速度，估(gū)算在(zài)星系当(dāng)中暗物质(zhì)的(de)质量占(zhàn)整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个(gè)为什么风流女人看指甲现象的原因。在(zài)一项(xiàng)新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度上的微小差(chà)异。另(lìng)外，天文学家还发(fā)现了一(yī)个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但是星系(xì)当(dāng)中存在(zài)的恒(héng)星数量却只有银河系(xì)的千分(fēn)之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离(lí)析。但(dàn)是(shì)科学家们使用最先进(jìn)的(de)望远镜对(duì)其(qí)进行了40个小时的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是(shì)可以用正常的物质和力学定(dìng)律来解释(shì)的(de)。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物(wù)质，已经(jīng)被(bèi)附近的另一个大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造(zào)成(chéng)这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人(rén)类(lèi)对引力的(de)理解还(hái)不够(gòu)全面，引力(lì)很可(kě)能在不(bù)同尺度(dù)空间中的工作方(fāng)式是不同的(de)，这意味着在(zài)行星系(xì)尺度中的天体会(huì)沿(yán)着(zhe)它们(men)的(de)轨道，按照我们所理(lǐ)解的方(fāng)式(shì)运(yùn)动。但是上(shàng)升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间的(de)相互作用则是不同的(de)方式。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入(rù)了外部(bù)场效(xiào)应的概念，指的是在数百万(wàn)光(guāng)年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此特(tè)殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着(zhe)我们需要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人(rén)认为暗物质假说理(lǐ)论(lùn)就此终结。但是在(zài)宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在(zài)的其他的(de)理论(lùn)证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系(xì)的气体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星(xīng)际(jì)气体的相互作用就会(huì)导致温度(dù)的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅(fú)降(jiàng)低(dī)。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的(de)质量将位(wèi)于所有这些气体(tǐ)所(suǒ)在的中间区域。那么(me)我们(men)通过什(shén)么(me)来验证它的质(zhì)量区(qū)域(yù)到底(dǐ)是不(bù)是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全彩的(de)高清(qīng)照(zhào)片(piàn)，在照(zhào)片中我们可以明(míng)显地看到很多(duō)星系(xì)似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些星系(xì)本身并不是(shì)真的被扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜(jìng)出了(le)什么问题，而是这(zhè)样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量(liàng)的东西(xī)的(de)引力，会(huì)使身后更遥(yáo)远星系的光(guāng)都发生(shēng)了(le)扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的(de)解释方(fāng)法就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通过了(le)这个区(qū)域，并在(zài)两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的(de)引力透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的迄今为(wèi)止最(zuì)好的理论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年(nián)之后，可见光终于可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表示温度(dù)较(jiào)高的(de)区(qū)域，蓝色则表示相对(duì)较冷的(de)区域(yù)，但(dàn)实际(jì)上(shàng)它们之(zhī)间的温差只有万(wàn)分(fēn)之(zhī)一。

科学(xué)家们(men)通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像(xiàng)进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗(àn)物(wù)质(zhì)，图形看起来(lái)不(bù)应该(gāi)是这样的，而随着暗(àn)物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的(de)暗物质(zhì)大(dà)约是普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这(zhè)就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很(hěn)好地解释(shì)了(le)很(hěn)多(duō)不同(tóng)的观测结果。而暗(àn)物(wù)质的(de)本质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来(lái)相互(hù)作用(yòng)。所(suǒ)以如(rú)果(guǒ)能(néng)够(gòu)找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子到底是(shì)什么？科学家们(men)已经提出了数十(shí)种的假想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒(lì)子(zi)所需(xū)要的实验方式也(yě)不相同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些(xiē)看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的(de)发(fā)现，除了一个地方，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的(de)地下(xià)矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着(zhe)地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科(kē)学家声称观测到了某种信(xìn)号。经过(guò)了20多(duō)年的数(shù)据收(shōu)集，人们发现了一个有趣(qù)的(de)事情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年(nián)都(dōu)是一样。一(yī)些(xiē)科学家认(rèn)为这可能是人类发现暗(àn)物质(zhì)的第一个直接(jiē)证据(jù)。

但是为什么暗(àn)物质会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳(yáng)系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行(xíng)移动(dòng)，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这(zhè)样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过(guò)程(chéng)中会(huì)产生相应的振荡(dàng)，同时地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的(de)方向与太阳环(huán)绕(rào)银(yín)河系(xì)的方向是一(yī)致的，而另(lìng)外半(bàn)年则(zé)与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗(àn)物(wù)质(zhì)流最快的(de)时(shí)段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相对银(yín)河系的(de)平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是(shì)这并不影响这个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解释，研究人员们(men)所观测到的周期(qī)性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年(nián)度周期信号的差异(yì)也可能是(shì)温度(dù)、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合这个周期的规律。

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所(suǒ)以，科学家们(men)又在南半球建立了(le)一个几乎(hū)相同的实验室，这(zhè)里的季(jì)节与之前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质流的(de)运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这(zhè)里可以(yǐ)得到相同的信号(hào)，就可以成为暗物(wù)质所存在的(de)非常有力(lì)的证据(jù)了。但是(shì)由(yóu)于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前(qián)还(hái)无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其中一(yī)个(gè)关键的用途就是探索暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒子(zi)天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它们极有(yǒu)可能拥有另一(yī)种神(shén)秘(mì)的效应，这种暗物(wù)质效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生命的(de)诞生，或者说是生命(mìng)进化的一(yī)个重要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论得(dé)到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不(bù)会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过这样的效应创造(zào)生命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存在的实(shí)际(jì)证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗(àn)物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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