宇宙是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会存(cún)在科(kē)学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是什么？人(rén)类为了(le)寻找暗物质存在的证据(jù)，科(kē)学家们在过去(qù)的几十年当中进行了超(chāo)过(guò)50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任(rèn)何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年(nián)来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未(wèi)知的天体通(tōng)过引力(lì)在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星(xīng)运行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算(suàn)并且发(fā)现了(le)海王星的(de)存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥(míng)王(wáng)星的发现都是(shì)应用万有引力(lì)定律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星(xīng)系统的(de)尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们(men)上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一个(gè)由(yóu)数千个(gè)星(xīng)系所组成的巨大(dà)星系(xì)团，这些星系(xì)被引力束缚在一(yī)起。测量星系团的质量一般会(huì)使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可(kě)以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个(gè)星系(xì)的(de)光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个(gè)星(xīng)系相对于星系团的运动(dòng)速(sù)度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了(le)，或者(zhě)说这(zhè)99%的(de)质量(liàng)并不(bù)以可见光的形式所存在，我们无(wú)法看到(dào)。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速度的过(guò)程(chéng)中，兹(zī)威基(jī)发现星(xīng)系(xì)团中很多星系的速度比理论上要快得(dé)多(duō)，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些(xiē)可(kě)见星系的质量所产(chǎn)生的引力是(shì)无(wú)法将它们束缚在(zài)星系(xì)团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘(mì)的力(lì)量在(zài)起作用(yòng)，这种力量来(lái)源于(yú)某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的(de)暗质，它不发散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特(tè)在(zài)观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上的(de)运行速度就(jiù)会(huì)越慢(màn)。但(dàn)是他们观测的结果却(què)让人感到不可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离(lí)的增(zēng)加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果没(méi)有足(zú)够大的(de)质量来吸(xī)引它(tā)们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量星系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离(lí)星(xīng)系中心的(de)距(jù)离，以及在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速(sù)度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力(lì)量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离星系(xì)中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的(de相亲对象不回消息算拒绝吗，相亲女拒绝你一般有三种暗示)氢元素，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符(fú)合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例(lì)外(wài)，太(tài)阳系位于(yú)银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)进行计算相亲对象不回消息算拒绝吗，相亲女拒绝你一般有三种暗示，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论速(sù)度，那(nà)么产生以上(shàng)这种向心加速度的(de)原(yuán)因(yīn)很可能就是(shì)存(cún)在着一种我们(men)看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的(de)研究人员开始相(xiāng)信暗(àn)物质的(de)存在。科(kē)学(xué)家(jiā)根(gēn)据(jù)星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算(suàn)在星系当(dāng)中暗物质的质量占整(zhěng)个星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质(zhì)并(bìng)不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在(zài)一项新的研究当(dāng)中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效应(yīng)的(de)遥远恒(héng)星之间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和(hé)银河系不多(duō)，但是星系(xì)当(dāng)中存在的(de)恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否(fǒu)则就(jiù)会分崩离(lí)析。但是科学家们(men)使(shǐ)用最先进的(de)望远镜对其(qí)进行了40个小时(shí)的(de)详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常的物(wù)质和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另(lìng)一个大星系剥离了(le)。奇怪(guài)的是，它的附(fù)近没(méi)有任(rèn)何(hé)星系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就(jiù)是人类对引力的(de)理解还不够全(quán)面，引(yǐn)力很可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工作方(fāng)式是不同(tóng)的，这意味着在(zài)行(xíng)星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的方式运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系(xì)和星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互作用则是不(bù)同的(de)方(fāng)式。对于(yú)在星系(xì)团之间(jiān)的相互作(zuò)用(yòng)，科学家还引入了外部场效应(yīng)的概念，指的(de)是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这意味(wèi)着我们需要对(duì)现在的物理定律进(jìn)行修(xiū)正，这(zhè)些发现也让很多人认(rèn)为(wèi)暗物质假说理论(lùn)就此终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中还有关(guān)于暗物质存(cún)在的其他的理(lǐ)论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所(suǒ)没(méi)法解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部(bù)分的普(pǔ)通质量都在星(xīng)系(xì)的气体当(dāng)中。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相(xiāng)互作用就会导致温(wēn)度的急(jí)剧升(shēng)高，速(sù)度(dù)大幅(fú)降(jiàng)低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于(yú)所有(yǒu)这些气体所在(zài)的中间区域。那么我们(men)通过什么来验证(zhèng)它的质(zhì)量(liàng)区域到底是不是集中在(zài)中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以明显(xiǎn)地(dì)看到(dào)很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些(xiē)星系本(běn)身并(bìng)不(bù)是(shì)真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜(jìng)出(chū)了(le)什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被(bèi)一(yī)个质量超级巨大(dà)的天体遮(zhē)挡，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西(xī)的引力(lì)，会(huì)使身(shēn)后(hòu)更遥(yáo)远星(xīng)系的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是(shì)引力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大(dà)的天体可能(néng)是超大质量(liàng)的(de)黑(hēi)洞或(huò)者是暗物质。

所以当(dāng)人(rén)们(men)对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在中(zhōng)间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的(de)质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个(gè)区(qū)域(yù)，并在两边形成了(le)引力透(tòu)镜。对子(zi)弹星(xīng)系(xì)团(tuán)的引(yǐn)力透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于(yú)可(kě)以畅通(tōng)无(wú)阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中了。经过了(le)130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高的区域(yù)，蓝色(sè)则表示(shì)相对(duì)较冷的区域，但(dàn)实际上它(tā)们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科(kē)学家们通过(guò)对前(qián)景背景分(fēn)离后(hòu)的(de)二值(zhí)图像进行(xíng)连通域提(tí)取和标记(jì)之后(hòu)发现，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没(méi)有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起来(lái)不应(yīng)该是这(zhè)样的，而随着暗物(wù)质(zhì)的增加，一(yī)些(xiē)峰值(zhí)的(de)幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐射的测量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质大(dà)约是普(pǔ)通(tōng)物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒(héng)星运动所需(xū)要(yào)的(de)暗物质(zhì)比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就(jiù)很好地(dì)解释(shì)了很(hěn)多不(bù)同的观测结果。而暗物(wù)质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作(zuò)用。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物(wù)质存在(zài)的实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到底是什么(me)？科(kē)学家们已经提出(chū)了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标(biāo)粒子所需(xū)要(yào)的(de)实验方式也不相(xiāng)同。在(zài)过去(qù)的(de)几十年(nián)当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的实(shí)验，却没(méi)有任(rèn)何(hé)实质性的(de)发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上最大(dà)的地学实验室，这个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学家声称观测到(dào)了某种信(xìn)号。经过了20多年(nián)的(de)数据收集，人们发现了一(yī)个有(yǒu)趣的(de)事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年(nián)当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发(fā)现(xiàn)暗物质的(de)第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质(zhì)会产生(shēng)周期性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕着银河系(xì)进行移动(dòng)，那(nà)么如果暗(àn)物质存(cún)在(zài)宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着我们也在以这样的(de)速(sù)度在穿越(yuè)着(zhe)暗物(wù)质(zhì)流，这个过程中会(huì)产(chǎn)生(shēng)相应(yīng)的振荡，同(tóng)时地球(qiú)又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年(nián)的时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳环绕(rào)银河系(xì)的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的(de)时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到(dào)完(wán)全一致，这(zhè)是(shì)理论上地球穿(chuān)越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到(dào)了最(zuì)慢(màn)值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学(xué)家认为这可以用来(lái)解释，研究人员们所(suǒ)观测到的(de)周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可能有(yǒu)其他的情况，造成(chéng)这种年(nián)度周(zhōu)期信(xìn)号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量(liàng)也符合这(zhè)个周期的规(guī)律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立了一(yī)个几乎相同的(de)实验室(shì)，这里的(de)季(jì)节与之(zhī)前的实验室(shì)正好(hǎo)相反，而在(zài)这(zhè)里(lǐ)，地球穿过(guò)暗(àn)物质流的运(yùn)动特(tè)征和第一个实(shí)验室是一样的(de)。

因此，如果在(zài)这里可以(yǐ)得到相同的信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗(àn)物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是由于这(zhè)个(gè)实验室刚刚建成(chéng)不(bù)久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应(yīng)的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射(shè)一(yī)台新(xīn)的(de)望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同，但它(tā)的宽(kuān)视(shì)场(chǎng)仪器(qì)提供(gōng)的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中(zhōng)一个(gè)关键的(de)用途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究(jiū)发(fā)现，如(rú)果(guǒ)暗物质存(cún)在，它们(men)极有可能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘(mì)的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的(de)诞生，或(huò)者说是(shì)生命进化(huà)的一个重要因(yīn)素(sù)。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质(zhì)会不会意味着人类并不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个(gè)角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力(lì)！

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