宇宙(zhòu)是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会存在科(kē)学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是什么？人(rén)类为(wèi)了(le)寻找暗物(wù)质存(cún)在(zài)的证据，科学(xué)家(jiā)们(men)在过(guò)去的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但(dàn)是(shì)却没(méi)有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数(shù)学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天文学家们(men)发(fā)现某些天(tiān)体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异常，不(bù)符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们(men)就会知道(dào)，周围(wéi)一定(dìng)有未知的天(tiān)体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都(dōu)是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天(tiān)文成就的(de)例子(zi)。但是(shì)这(zhè)些发现都是(shì)在恒星(xīng)系统(tǒng)的(de)尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究(jiū)和(hé)测(cè)量后发星系团的质量。这是一(yī)个(gè)由数(shù)千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星(xīng)系(xì)被(bèi)引力束(shù)缚(fù)在一起。测量星系团的质(zhì)量一(yī)般会(huì)使用到两种方法(fǎ)，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就可(kě)以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学的质(zhì)量"，需(xū)要的数据(jù)是测(cè)量各(gè)个星系的(de)光度。

第(dì)二种是(shì)动力学质量(liàng)的(de)计算，是利用光谱红移测(cè)量星(xīng)系团(tuán)中的各(gè)个星(xīng)系相对于(yú)星系团的(de)运动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系(xì)团(tuán)有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到(dào)。最(zuì)诡异(yì)的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星系(xì)团中很多(duō)星系的速度比理论上要快得(dé)多(duō)，按照牛顿(dùn)的(de)运动学定律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产生(shēng)的引力是(shì)无法将它们束缚在星系团内(nèi)的(de)，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的(de)力量(liàng)在起作用(yòng)，这种力(lì)量来(lái)源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样(yàng)部分不可(kě)见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们(men)对这样(yàng)的一种说法不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这(zhè)个词才(cái)再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的(de)恒星运动。理论上来(lái)说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就会越慢(màn)。但是(shì)他们观测的结(jié)果却(què)让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加(jiā)，恒星的(de)旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根(gēn)据牛(niú)顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足(zú)够大(dà)的质量来吸(xī)引它们，这些外(wài)围的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物(wù)质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如(rú)果出现(xiàn)异常的结果，就(jiù)认为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合(h中国人口第一大省，中国人口第一大省排名é)牛顿的力学定律(lǜ)。我们(men)的太(tài)阳系也不(bù)例外，太阳(yáng)系位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万(wàn)有引力定律进行(xíng)计算(suàn)，太(tài)阳系的(de)运行速(sù)度(dù)应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际(jì)速度远远大于理论(lùn)速度(dù)，那么产(chǎn)生以(yǐ)上(shàng)这种向心加速度(dù)的原因很可(kě)能(néng)就是存在着(zhe)一种我们看不(bù)到的物(wù)质，是这(zhè)些暗物质的引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了(le)一起。

也是从这时(shí)开始，越来越(yuè)多(duō)的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外(wài)恒星轨道的(de)速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个现象的原(yuán)因(yīn)。在一项新的研究当(dāng)中，科(kē)学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的(de)遥远恒(héng)星之间，也(yě)会出(chū)现(xiàn)速度上的微小差(chà)异(yì)。另外，天文学家还发现(xiàn)了(le)一(yī)个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不(bù)多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只有银(yín)河(hé)系的千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质(zhì)，否则就会分崩(bēng)离析。但是科(kē)学家们(men)使用最先(xiān)进的望远镜(jìng)对(duì)其进行了40个小时(shí)的详(xiáng)细(xì)测量之(zhī)后，发现星(xīng)系中的恒(héng)星(xīng)运动(dòng)是可以用正常的物质(zhì)和力学定(dìng)律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的(de)另(lìng)一(yī)个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的(de)附(fù)近没有(yǒu)任何(hé)星系存在。造(zào)成(chéng)这些现(xiàn)象的除了(le)暗物(wù)质的假说之外，另一种可能(néng)就是人(rén)类对(duì)引力的理解还不(bù)够全面，引力很可(kě)能在不同尺(chǐ)度(dù)空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意(yì)味(wèi)着在行(xíng)星系尺度中的天(tiān)体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间的(de)相(xiāng)互(hù)作用(yòng)则是不同的方式。对(duì)于在星系(xì)团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的(de)质量之间会(huì)产生对彼此特殊(shū)的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着(zhe)我们需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发现也(yě)让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没(méi)法(fǎ)解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部(bù)分的普通质量都(dōu)在星系(xì)的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分(fēn)的(de)质量将位(wèi)于(yú)所有这些气体所在(zài)的中间区(qū)域。那么我们(men)通过什么(me)来验证它的质量区域(yù)到底是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中第(dì)一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明(míng)显(xiǎn)地(dì)看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大(dà)的形变。其(qí)实这些星系本身(shēn)并不(bù)是真(zhēn)的被(bèi)扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了(le)什么问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的(de)观(guān)测者(zhě)之(zhī)间(jiān)。被一个质量(liàng)超级巨大(dà)的天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对子弹星系(xì)团观测的(de)时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解(jiě)释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测(cè)到(dào)的(de)质量气体被卡在了(le)中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直接通(tōng)过了(le)这个区域(yù)，并(bìng)在两边形成(chéng)了引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被(bèi)认(rèn)为(wèi)是(shì)暗物质存在(zài)的迄(qì)今为止最(zuì)好的(de)理论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当中(zhōng)了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空(kōng)间(jiān)背景上留下(xià)了(le)各相同性的微波辐(fú)射。其中红色(sè)的部(bù)分表示(shì)温度较(jiào)高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的(de)区(qū)域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学家们通过对(duì)前(qián)景背景分离后的二值图像进行连(lián)通域提取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐(fú)射的测量值，我(wǒ)们需要的暗(àn)物(wù)质(zhì)大约是普通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数字与解(jiě)释星系当中恒星(xīng)运动(dòng)所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就(jiù)很好地(dì)解(jiě)释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它(tā)们不(bù)参与任何其他的电磁作用，只通过引力来(lái)相(xiāng)互作用。所以如(rú)果能(néng)够找到(dào)这种粒子的存(cún)在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们(men)已经(jīng)提出了数十(shí)种的(de)假想目标，而(ér)要寻(xún)找这些(xiē)不同的目(mù)标(biāo)粒子所需要的实(shí)验方式也不中国人口第一大省，中国人口第一大省排名相同。在过(guò)去的几十年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规(guī)物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们(men)已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了(le)一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上最大(dà)的地学实验室，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测(cè)器(qì)，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗物质粒(lì)子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家(jiā)声称观测到(dào)了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人(rén)们(men)发现了一个有趣(qù)的(de)事情。探测率会(huì)在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样(yàng)。一些科学家(jiā)认为这(zhè)可(kě)能是人类发(fā)现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是为什么(me)暗物质会产生周期性的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银河系进行移(yí)动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味(wèi)着我(wǒ)们也在以这样(yàng)的速度在穿越着(zhe)暗(àn)物质流，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时间，地(dì)球围绕太阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而(ér)另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时(shí)候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗物质流(liú)最(zuì)快的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽管在实(shí)际的(de)情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这(zhè)并不影响这个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解释，研究人员(yuán)们所观测(cè)到(dào)的周期(qī)性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这(zhè)种年(nián)度周(zhōu)期(qī)信号的差异(yì)也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利(lì)游客的(de)数量也(yě)符(fú)合(hé)这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们(men)又(yòu)在南半球(qiú)建立了(le)一个几乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之前的实验室正(zhèng)好相反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流的运动特征和第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得(dé)到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所存在的(de)非常(cháng)有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相(xiāng)应的数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它(tā)的宽(kuān)视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关(guān)键(jiàn)的用途就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的(de)结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费米实验室粒(lì)子(zi)天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一(yī)种神(shén)秘的效应，这种暗(àn)物(wù)质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或(huò)者说是(shì)生命进化的一个重要(yào)因素。

如(rú)果这一理论得到进(jìn)一步(bù)的证实，那么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会(huì)不(bù)会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这(zhè)些推论的大前提是(shì)要(yào)先(xiān)找到暗(àn)物质(zhì)存(cún)在(zài)的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不(bù)存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的(de)动力！

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