宇宙是“人为制(zhì)造”的？为(wèi)何(hé)会存(cún)在科学无法解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什(shén)么？人类(lèi)为了(le)寻找暗物质存在的(de)证据(jù)，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进(jìn)行了超过(guò)50次的长期实验，但(dàn)是(shì)却没有发现任何(hé)的有效(xiào)证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然(rán)哲(zhé)学(xué)数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中天体运动(dòng)的(de)规律。往后(hòu)的几百年(nián)来，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过(guò)引力(lì)在摄(shè)动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现(xiàn)了海王星的存在(zài)。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定(dìng)律所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就的(de)例子。但是(shì)这些(xiē)发现都是在恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度(dù)当中，可(kě)当(dāng)我们(men)上升到星(xīng)系或者是(shì)星(xīng)团的尺度(dù)，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威基正在(zài)研究和测(cè)量后发(fā)星系团(tuán)的质量。这(zhè)是一个由数千个星系(xì)所组(zǔ)成的(de)巨大星系团(tuán)，这些星系(xì)被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两(liǎng)种方法结果一致，就可(kě)以确定其质(zhì)量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是(shì)动(dòng)力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各(gè)个(gè)星系相对于星(xīng)系团(tuán)的(de)运动速度。当测(cè)量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学(xué)质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发(fā)座星(xīng)系团有(yǒu)99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不(bù)以(yǐ)可见光的形式所存在(zài)，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在(zài)测量(liàng)速度的过程(chéng)中，兹威(wēi)基发(fā)现星系团中很多星系的速(sù)度(dù)比(bǐ)理论上要快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的(de)运动学(xué)定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见星系的质(zhì)量所(suǒ)产生的引力(lì)是(shì)无(wú)法(fǎ)将它们束缚在(zài)星系(xì)团内(nèi)的(de)，它们早就应(yīng)该被抛出(chū)星系(xì)团(tuán)之外了(le)，除(chú)非有(yǒu)一种神秘的(de)力量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可(kě)见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却(què)占据着(zhe)宇宙中绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只是当时的人们(men)对这(zhè)样(yàng)的一种说法不(bù)屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在观测仙女座(zuò)星系中的(de)恒(héng)星运动。理论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越远的(de)恒星(xīng)在(zài)其(qí)轨(guǐ)道上的运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感到不(bù)可思(sī)议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星(xīng)的(de)旋(xuán)转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星(xīng)系(xì)当中(zhōng)如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象(xiàng)，科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)会使用(yòng)一种相对(duì)标(biāo)准的方法来(lái)解释暗(àn)物(wù)质的(de)存在，这种方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物质的(de)力量进(jìn)入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更(gèng)远距离的氢元(yuán)素，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛(niú)顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于(yú)理论速(sù)度，那(nà)么产生以上这(zhè)种向心加速(sù)度(dù)的(de)原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是(shì)这些暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应将星系聚集在(zài)了一(yī)起。

也(yě)是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗(àn)物(wù)质的存在。科(kē)学家根(gēn)据星(xīng)系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度(dù)，估算在星系当(dāng)中暗物质(zhì)的(de)质量(liàng)占整个星系质量(liàng)的(de)85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象(xiàng)的(de)原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出(chū)现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学(xué)家还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年(nián)，大(dà)小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银(yín)河系(xì)的(de)千分之(zhī)一。

所以在理论(lùn)上，该(gāi)星系必须存在暗物质(zhì)，否则(zé)就会分崩离析(xī)。但是科学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了(le)40个小时(shí)的详细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒星运(yùn)动是(shì)可以用正常(cháng)的(de)物(wù)质和力学(xué)定律来解释的。那么(me)又(yòu)有人提出，也许该(gāi)星系的(de)暗物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它的附(fù)近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的(de)除了暗(àn)物质(zhì)的假说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能(néng)就是人类对(duì)引力的理(lǐ)解(jiě)还(hái)不(bù)够全(quán)面(miàn)，引力很可能(néng)在不同尺度空间中的工作方式是不(bù)同的，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)在(zài)行星系尺度(dù)中的天体(tǐ)会(huì)沿(yán)着它们(men)的(de)轨道，按(àn)照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星(xīng)系和(hé)星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力(lì)之间(jiān)的相互作用则是不同的方式。对(duì)于在(zài)星(xīng)系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引入(rù)了外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是在(zài)数百(bǎi)万(wàn)光(guāng)年的规模上，巨大(dà)的(de)质量之(zhī)间(jiān)会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊的(de)效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这意味着我们需(xū)要对现在的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也(yě)让很多(duō)人认(rèn)为(wèi)暗(àn)物(wù)质假说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当中还有关(guān)于暗(àn)物质存(cún)在的其他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这(zhè)样的星团，它们大部分(fēn)的普(pǔ)通(tōng)质量都在星系的气(qì)体(tǐ)当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际气体的(de)相互作用就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星(xīng)系团大(dà)部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那么我(wǒ)们通过什(shén)么来(lái)验证它(tā)的质量区域到底(dǐ)是不是集(jí)中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回(huí)了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们可以明(míng)显地看到(dào)很多星(xīng)系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形变。其实这(zhè)些星系(xì)本身并(bìng)不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥远的(de)天体和我们(men)地(dì)球上的观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力(lì)，会使身后更遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大(dà)的天(tiān)体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的(de)大质量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最(zuì)好(hǎo)的解(jiě)释方法(fǎ)就是当(dāng)星(xīng)团发生全部的(de)碰撞时，可被观(guān)测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过(guò)了这个(gè)区域，并在两边形成(chéng)了引力透(tòu)镜。对(duì)子弹星系团的(de)引力透镜(jìng)研究也被认为是暗(àn)物(wù)质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多(duō)亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐射(shè)。其(qí)中(zhōng)红色的部分(fēn)表示温度较高(gāo)的(de)区(qū)域，蓝(lán)色则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科(kē)学家们(men)通过(guò)对(duì)前景背景分(fēn)离后(hòu)的二值图像进行连(lián)通(tōng)域提取和(hé)标记(jì)之(zhī)后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不应该是(shì)这样的，而(ér)随(suí)着暗物质的增加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射(shè)的测(cè)量值(zhí)，我们(men)需要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍(bèi)。这个数(shù)字(zì)与解释星系当(dāng)中恒星运动所需(xū)要的暗物质(zhì)比(bǐ)例(lì)是一(yī)致的。这就(jiù)意味(wèi)着(zhe)。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好(hǎo)地解(jiě)释了(le)很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它们(men)不参与任(rèn)何其(qí)他的电磁作用，只通(tōng)过(guò)引力(lì)来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这(zhè)种粒子(zi)的存在，就相当于(yú)找到了暗物质(zhì)存(cún)在的实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已(yǐ)经提(tí)出(chū)了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这(zhè)些不同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需(xū)要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去(qù)的几(jǐ)十(shí)年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不(bù)会(huì)与(yǔ)常(cháng)规(guī)物质(zhì)相互(hù)作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进(jìn)行(xíng)了超过(guò)50次的实验，却没有任何(hé)实质性的(de)发(fā)现，除了(le)一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层楼高(gāo)的探测器，一(yī)直致力(lì)于寻找暗(àn)物质粒子的周期(qī)性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到(dào)了某(mǒu)种信号。经过了(le)20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到(dào)峰值，然后(hòu)在(zài)11月降到(dào)最(zuì)低(dī)，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一些科(kē)学家(jiā)认为(wèi)这可能是人类发(fā)现暗(àn)物质的(de)第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是(shì)为什么(me)暗物质会产生周期(qī)性的年度(dù)信号呢？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着(zhe)银(yín)河(hé)系进行移(yí)动，那么(me)如(rú)果暗(àn)物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这意味(wèi)着我(wǒ)们也(yě)在(zài)以(yǐ)这(zhè)样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半年的(de)时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系(xì)的方向是一致的，而另(lìng)外半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时候，地球与太(tài)阳的方(fāng)向正(zhèng)好达(dá)到完全(quán)一致，这是理论(lùn)上(shàng)地将军三箭定天山指的是谁定天下，将军三箭定天山说的是哪位历史人物球穿越暗物(wù)质流(liú)最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个(gè)理(lǐ)论的(de)有(yǒu)效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家(jiā)认为(wèi)这可(kě)以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人(rén)员们所观测(cè)到的周期(qī)性信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造(zào)成这种年度周(zhōu)期信(xìn)号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意(yì)大(dà)利游客的数量也符合这个周期(qī)的(de)规律。

所以，科学家们(men)又(yòu)在南半球(qiú)建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前的实验室(shì)正好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过(guò)暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实验室是(shì)一(yī)样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就(jiù)可(kě)以成为(wèi)暗物质所存在(zài)的(de)非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后的(de)奥秘，对于(yú)探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验室(shì)粒(lì)子天体物(wù)理中心的科(kē)学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究发(fā)现，如(rú)果暗物质存(cún)在，它们极有可(kě)能拥有另一(yī)种神(shén)秘(mì)的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到(dào)进一步的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会(huì)不会意味着(zhe)人(rén)类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正在(zài)通过这样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当然，这(zhè)些(xiē)推论(lùn)的(de)大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据(jù)。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到(dào)底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞(zàn)，你的(de)支(zhī)持是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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