宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证据，科学家们(men)在过(guò)去的几十年当中进行了超过50次(cì)的长期(qī)实验(yàn)，但是却没(méi)有发(fā)现任何的有效证(zhèng)据(jù)。除了一个(gè)地方，在(zài)1687年出(chū)版(bǎn)的自(zì)然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天体运动的(de)规律。往后的(de)几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些(xiē)天体(tǐ)运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他们就会(huì)知道(dào)，周围一定有(yǒu)未知的天体通过(guò)引力在摄动(dòng)它的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异(yì)常，推算(suàn)并且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星的发(fā)现都是应用万有引力(lì)定律所(suǒ)取得重大(dà)天文成就的例子(zi)。但是这些发现(xiàn)都(dōu)是(shì)在(zài)恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们(men)上(shàng)升(shēng)到(dào)星系(xì)或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研(yán)究(jiū)和测量后(hòu)发星(xīng)系团的质(zhì)量。这是(shì)一(yī)个(gè)由数(shù)千个星系(xì)所(suǒ)组成(chéng)的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以(yǐ)确定其质量的范(fàn)围。

第(dì)一(yī)种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的(de)计算(suàn)，是利用光谱红移(yí)测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的(de)运(yùn)动(dòng)速度(dù)。当测量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学(xué)质量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可(kě)见光(guāng)的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量速度(dù)的(de)过程中，兹威(wēi)基(jī)发现(xiàn)星系团中很多星系(xì)的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见星系(xì)的质量所产(chǎn)生的引(yǐn)力是(shì)无法将它(tā)们(men)束缚在星系团(tuán)内的，它们(men)早就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量(liàng)来(lái)源于某种隐(yǐn)形的(de)物(wù)质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见的暗(àn)质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据(jù)着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词才再一(yī)次出现。天(tiān)文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福(fú)特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在其轨道上的(de)运行速度就会越(yuè)慢。但是他(tā)们观(guān)测的结果却让人感到不(bù)可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根(gēn)据牛顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的(de)质(zhì)量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用一种相对(duì)标准的方法来解释暗(àn)物质(zhì)的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测二氧化氮溶于水吗 二氧化氮能完全溶于水吗量星(xīng)系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现异常的结(jié)果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是(shì)科学家们(men)通过射电望远镜测(cè)量了距离星系中(zhōng)心更(gèng)远距(jù)离的氢(qīng)元素，发现它们(men)的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也(yě)不例(lì)外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力定律进行(xíng)计(jì)算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度围绕银(yín)河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远远大于理论速度(dù)，那么产生以上(shàng)这种向心加速度(dù)的原(yuán)因很可(kě)能就(jiù)是存在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星(xīng)系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究(jiū)人员(yuán)开始相信(xìn)暗(àn)物(wù)质的(de)存在。科学(xué)家(jiā)根据星系(xì)外恒星轨道(dào)的(de)速度，估算(suàn)在(zài)星系当中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整个星系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可(kě)以(yǐ)解释(shì)这个现象的(de)原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度(dù)上的微小差异。另外，天文学(xué)家还(hái)发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须(xū)存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离(lí)析。但(dàn)是科学(xué)家们使用最先进的望远镜(jìng)对(duì)其进行了40个小时的详细测量(liàng)之后(hòu)，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常的物质和(hé)力学定(dìng)律(lǜ)来解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪的是(shì)，它(tā)的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可(kě)能就是人类对(duì)引力的理(lǐ)解还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是(shì)不(bù)同的，这(zhè)意味着在(zài)行星(xīng)系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按(àn)照我(wǒ)们(men)所理解二氧化氮溶于水吗 二氧化氮能完全溶于水吗的方式运(yùn)动。但是上升(shēng)到星系和(hé)星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之间(jiān)的(de)相互作用(yòng)则是不同的(de)方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光(guāng)年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理定律进(jìn)行(xíng)修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让很多人(rén)认为(wèi)暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质(zhì)存在(zài)的其他(tā)的(de)理论证据(jù)，这些理(lǐ)论证据是蒙德(dé)理论(lùn)所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大(dà)部(bù)分(fēn)的普通(tōng)质量都在(zài)星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的(de)时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大(dà)部分的质(zhì)量将位于(yú)所有这(zhè)些气体(tǐ)所在的(de)中间区域(yù)。那么我(wǒ)们通过什么来验证它的质量(liàng)区域到(dào)底(dǐ)是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中第(dì)一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是(shì)这(zhè)样极遥远的天体和(hé)我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质(zhì)量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的(de)东西的引(yǐn)力(lì)，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的(de)光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个现象就是(shì)引力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观(guān)测的(de)时候，发现(xiàn)它的大质量(liàng)区(qū)域(yù)并不是(shì)在中间，而(ér)是在两侧(cè)。所(suǒ)以最(zuì)好的解释方(fāng)法就是当星团发生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质(zhì)则(zé)直接通过了(le)这个区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子(zi)弹(dàn)星系(xì)团的引力(lì)透镜研究也被认(rèn)为是暗物(wù)质存在的迄(qì)今为(wèi)止最好的理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外(wài)，还有(yǒu)来自(zì)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之后，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多亿(yì)年(nián)之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各(gè)相同性的微波辐射(shè)。其中红色的(de)部(bù)分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域(yù)，但实(shí)际上它们(men)之(zhī)间的温差只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科学(xué)家(jiā)们通过对前景背景(jǐng)分离后(hòu)的二值图像进(jìn)行(xíng)连通域(yù)提取和标记(jì)之后发现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没(méi)有暗(àn)物(wù)质，图形看(kàn)起来(lái)不应该是这样的，而(ér)随着暗物(wù)质的增(zēng)加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量(liàng)值，我们需要的(de)暗物质大约是(shì)普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这个数(shù)字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要(yào)的暗物(wù)质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一(yī)个简单的理(lǐ)论框架(jià)，就很好地(dì)解释了很多不同(tóng)的(de)观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它们(men)不参(cān)与任何其(qí)他(tā)的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所以如(rú)果能够找到(dào)这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)的(de)存在(zài)，就(jiù)相当于(yú)找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十(shí)种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子(zi)所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年(nián)当(dāng)中，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎(hū)不会与(yǔ)常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次(cì)的(de)实验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意(yì)大利的格(gé)兰(lán)萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的地学实(shí)验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到(dào)了(le)某(mǒu)种信(xìn)号(hào)。经过了(le)20多年的数据(jù)收集，人们发现了(le)一个有趣的事情(qíng)。探测率会在(zài)每(měi)年(nián)的(de)6月份达到(dào)峰(fēng)值，然(rán)后在11月降到最低(dī)，而且在20年(nián)当中每年(nián)都是一样。一些科学家认为(wèi)这(zhè)可能是人类发(fā)现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质会(huì)产生周期性的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们讲了(le)太(tài)阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么(me)如(rú)果暗物质存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着(zhe)我们也(yě)在(zài)以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会(huì)产生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速(sù)度(dù)围(wéi)绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方(fāng)向是一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月(yuè)份(fèn)的(de)时候，地球与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好达到完全一(yī)致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在(zài)11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际(jì)的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对(duì)银河系的平(píng)面呈现了(le)60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这并不(bù)影响这个理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到的周(zhōu)期(qī)性信号。当然也可(kě)能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造成这种年(nián)度周期信(xìn)号的差(chà)异也可能是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南(nán)半球建立了(le)一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室，这里(lǐ)的季节与(yǔ)之(zhī)前(qián)的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运(yùn)动特征和(hé)第一(yī)个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到(dào)相同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物(wù)质(zhì)所存在的(de)非常有力的证据了。但是(shì)由于这(zhè)个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前(qián)还无(wú)法提供(gōng)相(xiāng)应的数据支(zhī)持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗(àn)物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如果暗物(wù)质(zhì)存在(zài)，它们(men)极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得到进一步(bù)的证实，那么(me)遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物质会不会(huì)意味(wèi)着人(rén)类并(bìng)不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是(shì)要先找到暗(àn)物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底(dǐ)存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新的动力！

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