宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会存在(zài)科学无法解释的(de)“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人(rén)类为(wèi)了(le)寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几十年(nián)当(dāng)中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发(fā)现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在(zài)1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有引力定(dìng)律，它(tā)揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运动的(de)规律(lǜ)。往后(hòu)的(de)几百年来，当天文(wén)学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知(zhī)的天体通过(guò)引力在(zài)摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并且发现了海王星(xīng)的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律所取得重大(dà)天文成就(jiù)的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团(tuán)的(de)尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星(xīng)系团的质量。这(zhè)是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系(xì)被(bèi)引力束缚在(zài)一(yī)起。测量星系团的质量一般会(huì)使用到两种方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可以确定其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一(yī)种是获(huò)得其(qí)"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需(xū)要的数据是测量各个星(xīng)系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测(cè)量星(xīng)系团中的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟然(rán)是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以(yǐ)可(kě)见光的形式所存(cún)在(zài)，我们无(wú)法看(kàn)到(dào)。最诡异的是(shì)，在(zài)测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系团(tuán)中很多星系(xì)的(de)速度比理论上要(yào)快得(dé)多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠(kào)这(zhè)些可见星(xīng)系的质量(liàng)所(suǒ)产生的引(yǐn)力(lì)是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出(chū)星(xīng)系团之(zhī)外了，除(chú)非(fēi)有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了这样(yàng)部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是(shì)它们(men)却(què)占据着(zhe)宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只是当时的(de)人们对这(zhè)样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道上的(de)运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的(de)结果(guǒ)却让人感到不可思议。

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(chí)不变。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当中了(le)。基(jī)于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会使(shǐ)用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测量(liàng)星(xīng)系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距离(lí)星系(xì)中心(xīn)的(de)距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望(wàng)远镜测量(liàng)了距离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距离(lí)的(de)氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转速度并不符合(hé)牛顿的力学(xué)定律(lǜ)。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银(yín)河(hé)系旋转，这个实(shí)际速度(dù)远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上(shàng)这种向心(xīn)加速度的原(yuán)因很可能就是存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越(yuè)来越多(duō)的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的(de)速度，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗物质的(de)质量占整个(gè)星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研(yán)究当中，科(kē)学家(jiā)们(men)发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一(yī)个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大俄罗斯是资本主义还是社会主义约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却(què)只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先(xiān)进的望远镜(jìng)对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正俄罗斯是资本主义还是社会主义常的物质和(hé)力学定(dìng)律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也(yě)许该星系(xì)的暗(àn)物质，已经(jīng)被(bèi)附(fù)近的另一(yī)个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星系(xì)存在。造成(chéng)这些现象的除(chú)了暗物(wù)质的(de)假说之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的(de)理解还不(bù)够全面，引力很可能在(zài)不同尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的(de)，这意味(wèi)着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们的(de)轨(guǐ)道，按照我们所理(lǐ)解(jiě)的(de)方式运(yùn)动。但是上升到星系(xì)和星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力之间的(de)相互作用(yòng)则是不同的方(fāng)式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科学家(jiā)还引入(rù)了外(wài)部场(chǎng)效(xiào)应(yīng)的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)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(xiàn)在(zài)的(de)物(wù)理定律(lǜ)进(jìn)行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质(zhì)假说理论(lùn)就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗物质存(cún)在的(de)其他(tā)的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所组成，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它们大(dà)部(bù)分的普通质量都在星系的气体当(dāng)中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的(de)时候，星际气体的相互作(zuò)用(yòng)就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系团(tuán)大部分的质(zhì)量将位于(yú)所有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通(tōng)过(guò)什么来验证它的质量(liàng)区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了(le)宇宙当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在照片中(zhōng)我们(men)可以明(míng)显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的形(xíng)变。其实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了(le)，也不是(shì)韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题，而是(shì)这样极遥远(yuǎn)的(de)天体和我(wǒ)们地(dì)球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥(yáo)远星系的(de)光都发(fā)生了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天(tiān)体可能是超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星(xīng)系(xì)团观(guān)测的时(shí)候，发现它的大质量(liàng)区(qū)域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就(jiù)是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测(cè)到(dào)的质(zhì)量气(qì)体被卡在(zài)了中间，暗物(wù)质(zhì)则直接通过(guò)了(le)这个(gè)区(qū)域，并在(zài)两(liǎng)边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的(de)迄今(jīn)为止最好的(de)理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经过了(le)130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温度(dù)较高的区(qū)域，蓝色(sè)则表(biǎo)示(shì)相对较(jiào)冷的区域，但实际(jì)上(shàng)它(tā)们之(zhī)间的温差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家们通(tōng)过对前(qián)景背景分离后的二值图(tú)像(xiàng)进行连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗(àn)物(wù)质，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而(ér)随着(zhe)暗物(wù)质的增加，一些峰(fēng)值的幅度(dù)会减小，才变(biàn)得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物(wù)质大约(yuē)是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释星系当(dāng)中恒星(xīng)运动所需要的(de)暗物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一(yī)个简单(dān)的理论框架，就很好(hǎo)地解释了(le)很(hěn)多不同的观测结果。而(ér)暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何(hé)其(qí)他的(de)电磁作用，只通过引力(lì)来相互(hù)作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒(lì)子的存在(zài)，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒子(zi)到底是什么？科学家们已经提(tí)出了数十种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻(xún)找这些不同(tóng)的目标(biāo)粒子所需要的实验(yàn)方式也不(bù)相(xiāng)同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物(wù)质相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们(men)已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发(fā)现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地球上最大的地(dì)学实验室(shì)，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗(àn)物质(zhì)粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经过了(le)20多年的数据收集(jí)，人们发现了一个(gè)有(yǒu)趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到(dào)最低(dī)，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家(jiā)认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会(huì)产生周(zhōu)期(qī)性的(de)年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕(rào)着银河系进行移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有(yǒu)半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而(ér)另外半(bàn)年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的(de)方向(xiàng)正好达到(dào)完全(quán)一致(zhì)，这(zhè)是(shì)理论上地(dì)球穿越暗物质(zhì)流最快的(de)时(shí)段。而(ér)在11月份，又恰(qià)好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是(shì)这并不影(yǐng)响这个理论的有效性(xìng)。

因(yīn)此(cǐ)科学家(jiā)认为(wèi)这可以用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期(qī)性(xìng)信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号(hào)的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高(gāo)山上(shàng)的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符(fú)合这(zhè)个周期的(de)规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南半球建立(lì)了一(yī)个几乎相(xiāng)同(tóng)的实验室，这(zhè)里的季节与之(zhī)前的实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动特征和(hé)第(dì)一个实(shí)验室是一样的(de)。

因(yīn)此(cǐ)，如(rú)果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可(kě)以成为暗物质所存在(zài)的非常有力的证据了。但是(shì)由于这(zhè)个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截(jié)至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是(shì)哈(hā)勃(bó)红外仪器的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其中一个关键的用途就是(shì)探(tàn)索(suǒ)暗物质背后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费(fèi)米实(shí)验室粒(lì)子(zi)天(tiān)体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发(fā)现，如果暗物(wù)质(zhì)存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘(mì)的(de)效(xiào)应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生(shēng)命(mìng)进(jìn)化的一个重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会(huì)意(yì)味着人(rén)类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个(gè)角落的行星(xīng)上，暗物(wù)质正(zhèng)在(zài)通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前提(tí)是要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质到底存(cún)不(bù)存(cún)在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的动力(lì)！

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