宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在(zài)科(kē)学无(wú)法解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又(yòu)究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在(zài)的证据，科学家们(men)在(zài)过去的几十(shí)年(nián)当中进行了超过50次的长期实验，但是却(què)没有(yǒu)发现任(rèn)何(hé)的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了(le)万有(yǒu)引力(lì)定律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现(xiàn)某些(xiē)天体运行轨道出(chū)现(xiàn)异常，不(bù)符合(hé)万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)的时候(hòu)，他们(men)就会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通过天(tiān)王星(xīng)运行轨道的异(yì)常(cháng)，推算(suàn)并且发现了海王星的(de)存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星(xīng)的发(fā)现(xiàn)都是(shì)应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天文成(chéng)就的例(lì)子(zi)。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上(shàng)升(shēng)到星系或者是星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开始变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家(jiā)弗里茨兹威基(jī)正在研究和(hé)测量后发星(xīng)系团的质(zhì)量。这是一个由数(shù)千个星(xīng)系(xì)所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的(de)质(zhì)量一般会使用到(dào)两(liǎng)种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果(guǒ)一(yī)致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需要(yào)的(de)数(shù)据是测(cè)量各个星(xīng)系(xì)的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的(de)计算(suàn)，是利用(yòng)光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团(tuán)中的各个(gè)星系(xì)相(xiāng)对于星系团的运动速(sù)度。当测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的(de)形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在(zài)测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这(zhè)些可见星系的质(zhì)量所产生的(de)引力是无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚(fù)在星系团(tuán)内(nèi)的，它(tā)们早就(jiù)应该被抛出星(xīng)系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作(zuò)用，这种力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形的物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了(le)这样部分不可见的(de)暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的质量(liàng)。只是当时的(de)人们对这(zhè)样的一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才(cái)再一次(cì)出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁(lǔ)宾(bīn)和肯(kěn)特福特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行(xíng)速度就(jiù)会越慢。但是(shì)他们(men)观(guān)测的结果(guǒ)却让人感到(dào)不可思议(yì)。

随着与中心距离的(de)增(zēng)加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当中如(rú)果(guǒ)没(méi)有(yǒu)足(zú)够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的(de)恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会(huì)使用一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的(de)存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于(yú)是科学家(jiā)们通过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测(cè)量(liàng)了距离(lí)星系中心更远距离的氢元素(sù)，发(fā)现它们的旋(xuán)转速(sù)度并不符合(hé)牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我(wǒ)们的太阳系也不(bù)例外，太阳(yáng)系位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/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(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度的原因很可(kě)能就是存在着一(yī)种我们看不(bù)到的物(wù)质，是这些暗(àn)物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了(le)一起。

也(yě)是从(cóng)这时开(kāi)始，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外(wài)恒(héng)星轨道的速度，估(gū)算在星(xīng)系当中暗物质的质(zhì)量占整(zhěng)个星系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会(huì)出现速(sù)度(dù)上(shàng)的(de)微小差(chà)异(yì)。另(lìng)外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小(xiǎo)和银河系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有银河系的(de)千分之一(yī)。

所(suǒ)以在(zài)理论(lùn)上，该星系(xì)必须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩(bēng)离析。但(dàn)是科学(xué)家们(men)使用最先(xiān)进(jìn)的望(wàng)远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发(fā)现星(xīng)系中的恒星运(yùn)动(dòng)是可(kě)以(yǐ)用正常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那(nà)么又有人提出(chū)，也许该星系的暗(àn)物质，已经被(bèi)附近(jìn)的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近没(méi)有任何星系存(cún)在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的(de)假说之外，另一种(zhǒng)可能(néng)就(jiù)是人类对(duì)引力的(de)理解(jiě)还不够全(quán)面，引(yǐn)力很可能(néng)在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不同(tóng)的，这意(yì)味着(zhe)在行(xíng)星系(xì)尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿着它们的(de)轨道(dào)，按照(zhào)我们所理解的方(fāng)式(shì)运动(dòng)。但(dàn)是上升到星系和星团(tuán)的尺度(dù)，引(yǐn)力(lì)之间的相互作用则是不同(tóng)的(de)方式。对于(yú)在(zài)星系(xì)团(tuán)之间的相互(hù)作用，科学家还(hái)引(yǐn)入(rù)了外(wài)部(bù)场(chǎng)效(xiào)应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年(nián)的(de)规模(mó)上(shàng)，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要对现在的物理定(dìng)律进行修正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很多(duō)人认为暗物(wù)质假说(shuō)理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存(cún)在的(de)其(qí)他的理论证据，这些理论(lùn)证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没(méi)法(fǎ)解(jiě)释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光年的(de)子弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系(xì)的(de)气体当中。当星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就(jiù)会导致温度(dù)的(de)急(jí)剧升高，速度(dù)大幅(fú)降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所(suǒ)有(yǒu)这些气(qì)体所在(zài)的中间区(qū)域。那么我们通(tōng)过(guò)什么来验证它的质(zhì)量(liàng)区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜传(chuán)回了(le)宇宙当(dāng)中第一(yī)张(zhāng)全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系(xì)本身(shēn)并不(bù)是(shì)真的(de)被扭曲(qū)了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨(jù)大的(de)天(tiān)体可能是超(chāo)大质(zhì)量的黑(hēi)洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子(zi)弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是(shì)在(zài)两侧。所以最好的解(jiě)释方法就(jiù)是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的质量气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗(àn)中国的国粹有哪些物质则(zé)直(zhí)接通过了(le)这个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研(yán)究也被认(rèn)为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的(de)理论(lùn)证据。

除(chú)此之外(wài)，还有来自(zì)宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下(xià)了(le)各相(xiāng)同性的(de)微(wēi)波(bō)辐(fú)射。其(qí)中红色的部(bù)分表示温度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝(lán)色则(zé)表(biǎo)示相对较(jiào)冷的区域(yù)，但实际上它们(men)之间的(de)温差(chà)只有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景(jǐng)分离后的二值图像(xiàng)进行连(lián)通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰(fēng)值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗(àn)物质大(dà)约是普通物质的(de)5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动所需要的(de)暗(àn)物质比例(lì)是一致的(de)。这就意味着(zhe)。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多(duō)不同的(de)观(guān)测结果。而暗物质的本质就(jiù)是(shì)宇宙当(dāng)中存在(zài)着某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不参与任何其他的(de)电磁作用，只通过引力(lì)来相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能(néng)够(gòu)找到这(zhè)种粒子的存(cún)在，就相当于找到(dào)了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么(me)？科(kē)学家们已经提出(chū)了数十种的假想目标，而要(yào)寻(xún)找这(zhè)些不同的目标(biāo)粒子所需要的(de)实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在过(guò)去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相互作(zuò)用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们(men)已经进行了超过50次(cì)的(de)实验，却(què)没(méi)有任何实质性的发(fā)现(xiàn)，除(chú)了一(yī)个地(dì)方(fāng)，意大利(lì)的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大(dà)的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物(wù)质粒子的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现(xiàn)了一个有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每(měi)年都是(shì)一样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发(fā)现暗(àn)物质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进行移(yí)动，那么(me)如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度(dù)在穿越着(zhe)暗物质流(liú)，这个过程(chéng)中(zhōng)会产(chǎn)生(shēng)相应的(de)振荡(dàng)，同时地球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的(de)方向是一致的(de)，而(ér)另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太(tài)阳的方(fāng)向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿(chuān)越暗(àn)物(wù)质流(liú)最快的时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太(tài)阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了(le)60度(dù)的倾斜(xié)，但(dàn)是这(zhè)并不影(yǐng)响这个(gè)理(lǐ)论(lùn)的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学(xué)家认为这(zhè)可(kě)以(yǐ)用来解释，研究人员们(men)所观测到(dào)的(de)周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也(yě)可能有其(qí)他(tā)的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的(de)差(chà)异也可(kě)能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山上(shàng)的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符(fú)合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了一个几乎(hū)相同的(de)实验室(shì)，这里(lǐ)的(de)季节(jié)与之前的实(shí)验室正(zhèng)好相(xiāng)反(fǎn)，而在(zài)这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗(àn)物质流的(de)运动特征和第一个实验室(shì)是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在这里可(kě)以得到(dào)相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在(zài)的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至目前(qián)还无法提供相应的(de)数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA中国的国粹有哪些将会发(fā)射一台新的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃(bó)望(wàng)远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键(jiàn)的用途就是(shì)探(tàn)索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实验(yàn)室(shì)粒子天体物(wù)理(lǐ)中(zhōng)心的科(kē)学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现，如(rú)果(guǒ)暗物质存在(zài)，它(tā)们(men)极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗(àn)物质效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当中生命的(de)诞生，或(huò)者说是(shì)生命进化的(de)一个(gè)重要(yào)因(yīn)素。

如果这(zhè)一理论得(dé)到(dào)进一步的证实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物质(zhì)会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是(shì)要先找到(dào)暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新(xīn)的动(dòng)力！

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