宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造(zào)”的？为何会存在科学无法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去(qù)的几十年当中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发现任何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一(yī)个(gè)地方，在(zài)1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引力定律，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文学(xué)家(jiā)们发(fā)现某些(xiē)天(tiān)体运(yùn)行(xíng)轨道出(chū)现异常(cháng)，不符(fú)合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知的天体通(tōng)过(guò)引力在(zài)摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天(tiān)王(wáng)星运行轨道的(de)异常，推算并且发(fā)现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗(h七尺是多少米呀 身高7尺是多少厘米uì)星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重(zhòng)大天文成(chéng)就的(de)例(lì)子。但(dàn)是这些发现都是在(zài)恒星(xīng)系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系(xì)或者是星团(tuán)的尺度(dù)，事情就开始变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研(yán)究和测量(liàng)后(hòu)发星系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个由(yóu)数(shù)千个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些星系被(bèi)引(yǐn)力束(shù)缚在一起。测量(liàng)星系团(tuán)的质量(liàng)一(yī)般(bān)会使用到两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定(dìng)其质量(liàng)的(de)范围。

第一(yī)种是获得其"光(guāng)度学的(de)质量(liàng)"，需要的(de)数据是测量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系(xì)团中的各个星系相(xiāng)对(duì)于星系(xì)团的运动速度(dù)。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发座星系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失(shī)了，或者说这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见光的形(xíng)式(shì)所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团(tuán)中很多星(xīng)系的速度比理论上七尺是多少米呀 身高7尺是多少厘米要快得多(duō)，按照牛顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见(jiàn)星(xīng)系的(de)质(zhì)量所产生(shēng)的(de)引力是无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它(tā)们早就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一种神秘的(de)力量(liàng)在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部(bù)分不可见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是(shì)当时的人们(men)对这样(yàng)的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词才再一(yī)次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来(lái)说，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒星在其(qí)轨道(dào)上的(de)运行速度就会越慢。但是(shì)他们观测的结果却(què)让人感到(dào)不(bù)可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引力定律，在(zài)星系(xì)当(dāng)中(zhōng)如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质量来吸引它们(men)，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家们会(huì)使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出(chū)现异(yì)常的(de)结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学(xué)家(jiā)们通过射电望远镜测量了(le)距离(lí)星系中心更远(yuǎn)距离(lí)的(de)氢元(yuán)素，发现它(tā)们的旋(xuán)转速(sù)度(dù)并不符合牛顿(dùn)的(de)力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例(lì)外，太阳系位于银河系(xì)的(de)第三悬臂之上，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太阳(yáng)系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系(xì)旋转，这个实际速度(dù)远远大于(yú)理论速度，那么(me)产生以上这种向(xiàng)心加速度(dù)的原因很可能就是(shì)存在着一种我们(men)看不到的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚集(jí)在(zài)了(le)一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时开始，越来越多(duō)的研究(jiū)人员(yuán)开始相(xiāng)信暗物质的(de)存在。科学(xué)家根(gēn)据星系外恒(héng)星(xīng)轨道(dào)的速度，估算在星系当(dāng)中暗(àn)物(wù)质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是(shì)唯一(yī)可以解(jiě)释这个现象的原(yuán)因(yīn)。在一项新(xīn)的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会出现速(sù)度上(shàng)的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的恒星数量(liàng)却只有银河(hé)系(xì)的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但是科学(xué)家们使用最(zuì)先进的望(wàng)远镜对其进行了40个(gè)小时的详细测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运(yùn)动是可以用正常的物质和(hé)力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的(de)另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造成(chéng)这些现象的除(chú)了暗(àn)物质的假说之外，另一种可能就是(shì)人类对(duì)引力的(de)理解还(hái)不够全(quán)面(miàn)，引(yǐn)力很可能在不同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的(de)工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中(zhōng)的天(tiān)体会沿(yán)着它(tā)们的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的方式。对(duì)于(yú)在星(xīng)系团(tuán)之间(jiān)的相(xiāng)互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是(shì)在数百(bǎi)万光年的规(guī)模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需要对现在的(de)物(wù)理定律进行修(xiū)正，这(zhè)些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质(zhì)假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理论证据(jù)是(shì)蒙德(dé)理论(lùn)所没法解释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年(nián)的(de)子(zi)弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似(shì)这样的星团(tuán)，它们大部分的普通(tōng)质量都在星(xīng)系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的(de)相(xiāng)互作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系(xì)团大部分的(de)质量(liàng)将位于所有这些气体所(suǒ)在的(de)中间区域。那么我们通(tōng)过(guò)什么(me)来验证它的质量区域到底是不是(shì)集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照(zhào)片，在照(zhào)片(piàn)中我们可以明显(xiǎn)地(dì)看到很多星系似(shì)乎(hū)被(bèi)拉伸产生了巨大(dà)的(de)形变。其实这些星(xīng)系本身并不(bù)是(shì)真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出(chū)了什(shén)么问题(tí)，而是这样(yàng)极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的(de)光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能是(shì)超(chāo)大质量(liàng)的(de)黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是(shì)在中间，而是在(zài)两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解(jiě)释方(fāng)法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观(guān)测到的(de)质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通过了这个区域，并在两边(biān)形成(chéng)了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研究也(yě)被认为是暗物(wù)质存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的(de)理论证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老(lǎo)的(de)光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留(liú)下了(le)各(gè)相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部(bù)分表示温度较高(gāo)的(de)区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们通过对前(qián)景背景分离后的二值图像进行连(lián)通域提(tí)取和标记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗物质，图(tú)形看起来(lái)不应该是这样(yàng)的，而随(suí)着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的(de)幅(fú)度会(huì)减小，才(cái)变(biàn)得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值(zhí)，我们需要的暗(àn)物质大(dà)约是(shì)普通物质(zhì)的(de)5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一(yī)个简单(dān)的理论(lùn)框(kuāng)架，就很好地解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来(lái)相互作(zuò)用。所以如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子(zi)的存(cún)在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什(shén)么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这些不同的目(mù)标(biāo)粒子所需要的实(shí)验方(fāng)式(shì)也(yě)不相同(tóng)。在过(guò)去的(de)几十(shí)年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会(huì)与常规物质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的实验(yàn)，却没有任何(hé)实质性的发现，除(chú)了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地(dì)学(xué)实(shí)验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼(lóu)高的探(tàn)测(cè)器，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周(zhōu)期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数据收集，人们(men)发(fā)现了一个(gè)有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降到最低，而(ér)且在(zài)20年当中每年都是一样。一(yī)些科学家认为这可(kě)能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银(yín)河系(xì)进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在以这(zhè)样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过(guò)程中会产生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时地(dì)球(qiú)又(yòu)以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地(dì)球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正好(hǎo)达到(dào)完全一致，这是理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗物(wù)质流最快(kuài)的时段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好达(dá)到了最慢值。尽管在实际(jì)的情(qíng)况中(zhōng)，太(tài)阳系(xì)相对银河系的平(píng)面呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不影响这(zhè)个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释，研(yán)究人员们所观测到的周期性信号。当然(rán)也可能有其他(tā)的情(qíng)况，造成这(zhè)种年度周期信号(hào)的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚(shèn)至连意大利游客(kè)的数量也(yě)符合(hé)这个(gè)周(zhōu)期(qī)的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立了(le)一个(gè)几乎相同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流的运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实验室是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号(hào)，就可(kě)以成为暗物质所存在的(de)非常有(yǒu)力的证据(jù)了。但是由(yóu)于这个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成(chéng)不(bù)久，所以截(jié)至(zhì)目前还无法提供(gōng)相应的(de)数据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)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镜相同(tóng)，但它的宽视场仪(yí)器提供的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用途就是(shì)探索(suǒ)暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费(fèi)米实验室粒(lì)子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯(sī)特(tè)芬研(yán)究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘的效(xiào)应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物质会(huì)不(bù)会意味着人(rén)类并不孤单呢？或(huò)许在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角落的行星上(shàng)，暗物质(zhì)正在通过(guò)这样的效应创造生命。当(dāng)然(rán)，这(zhè)些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得(dé)暗(àn)物(wù)质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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