宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的(de)？为何会存(cún)在科学无法解释(shì)的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类(lèi)为了(le)寻找暗(àn)物质(zhì)存在的证(zhèng)据(jù)，科学家们在过去的几(jǐ)十年当中进(jìn)行了超过50次的(de)长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了(le)一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天体运动的规(guī)律。往后的几百(bǎi)年(nián)来(lái)，当天文学家们发现某些天(tiān)体运行(xíng)轨道出现异常，不符(fú)合(hé)万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)的(de)时候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引(yǐn)力在摄动它(tā)的轨道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天(tiān)文成就的例子(zi)。但是这(zhè)些(xiē)发现都是(shì)在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们上升到星系或(huò)者是(shì)星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究(jiū)和测量后(hòu)发星系团的质量。这是(shì)一个由数千(qiān)个(gè)星系所组成的巨大(dà)星系(xì)团(tuán)，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系(xì)团的质量一般会(huì)使用到(dào)两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质(zhì)量(liàng)"，需(xū)要的数据是测量(liàng)各(gè)个星(xīng)系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的(de)各个星系相对(duì)于星系(xì)团的运动(dòng)速(sù)度。当测量结果出来之后(hòu)，兹(zī)威基(jī)彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发座(zuò)星系(xì)团有99%的(de)质量消失了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并(bìng)不(bù)以可见光的(de)形式所存(cún)在(zài)，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量(liàng)速度的过程中，兹(zī)威基发现星系团(tuán)中很多星(xīng)系的速度比理论(lùn)上要快(kuài)得(dé)多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于(yú)某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样(yàng)部分不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质(zhì)量。只是(shì)当时的(de)人们(men)对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词(cí)才再一次出(chū)现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星(xīng)运(yùn)动。理论(lùn)上来说，距离中(zhōng)心越远的(de)恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就(jiù)会(huì)越(yuè)慢。但是他们观测的(de)结果却(què)让(ràng)人(rén)感到不(bù)可(kě)思议(yì)。

随着与中心(xīn)距离(lí)的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系(xì)当(dāng)中如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就(jiù)被(bèi)甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学(xué)家们(men)会使用一种相对标准的方(fāng)法来(lái)解(jiě)释暗(àn)物(wù)质的存在，这(zhè)种方(fāng)法就(jiù)是测量星(xīng)系当中气(qì)体在X轴上距(jù)离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的(de)旋转速度。如果出(chū)现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量(liàng)了(le)距离星系中(zhōng)心更远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它(tā)们(men)的(de)旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳(yáng)系位于银河(hé)系的第三(sān)悬(xuán)臂之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律进行计(jì)算，太阳系的(de)运(yùn)行(xíng)速度(dù)应(yīng)该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这(zhè)种向心(xīn)加速度的原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们(men)看(kàn)不到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物质(zhì)的引力(lì)效(xiào)应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学(xué)家(jiā)根据星系外恒星轨道的(de)速度(dù)，估算(suàn)在星系当中暗物质(zhì)的质(zhì)量占整个星(xīng)系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一(yī)可以解(jiě)释(shì)这个现象的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没有引力(lì)效应的(de)遥远恒星之间，也会出(chū)现(xiàn)速度上的微小差(chà)异。另外(wài)，天文学家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和(hé)银河系(xì)不(bù)多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有银河(hé)系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离(lí)析(xī)。但是科(kē)学家们(men)使用最先(xiān)进的(de)望(wàng)远镜(jìng)对(duì)其进行了40个小时的(de)详(xiáng)细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星运动(dòng)是可以用正常(cháng)的物质和力学定律来解释的(de)。那么又(yòu)有人提出，也许该星(xīng)系(xì)的(de)暗物质，已经被(bèi)附近(jìn)的另一个大星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪(guài)的是，它的(de)附近(jìn)没有任何星系存在。造(zào)成这些(xiē)现象的除(chú)了(le)暗(àn)物(wù)质的(de)假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人(rén)类对(duì)引力的(de)理解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间(jiān)中的工作(zuò)方(fāng)式是不同的，这意味(wèi)着在行星(xīng)系尺度(dù)中(zhōng)的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解(jiě)的方式(shì)运动。但是上升(shēng)到星系和(hé)星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用(yòng)则是不同的方(fāng)式(shì)。对于在星(xīng)系团之间cos180°是多少，cos180度等于多少的相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还引入了外部(bù)场效(xiào)应(yīng)的概念(niàn)，指的是在数百万光年的(de)规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的(de)效(xiào)果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对(duì)现在的(de)物(wù)理(lǐ)定律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说(shuō)理论(lùn)就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存(cún)在的其他(tā)的(de)理(lǐ)论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系团，由两个(gè)碰撞的星系(xì)团所组成(chéng)，类(lèi)似这样的星团，它们大(dà)部分的(de)普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用就会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度(dù)大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的(de)质量将位(wèi)于(yú)所有(yǒu)这些气体所在(zài)的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质(zhì)量(liàng)区域到底是(shì)不是集中在中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传回了(le)宇宙当(dāng)中第(dì)一(yī)张全彩的(de)高(gāo)清照片，在照片中我(wǒ)们可以(yǐ)明(míng)显地看到很多星系似(shì)乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大的形变(biàn)。其实这(zhè)些星系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个(gè)质量超级(jí)巨大的(de)天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而(ér)是在两侧(cè)。所以最(zuì)好的(de)解释方法就是当星团发生全部(bù)的碰撞时(shí)，可被观测到(dào)的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则(zé)直接(jiē)通过(guò)了(le)这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是(shì)暗物质存在的迄(qì)今(jīn)为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还(hái)有来自(zì)宇宙当中最古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了(le)130多(duō)亿年之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间(jiān)背景上(shàng)留(liú)下了(le)各相(xiāng)同性(xìng)的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较高(gāo)的(de)区域，蓝色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷(lěng)的区(qū)域，但实际上(shàng)它们之间的温差(chà)只(zhǐ)有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值(zhí)图(tú)像进(jìn)行连通域提取(qǔ)和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物(wù)质(zhì)，图形(xíng)看起来不应该是这样(yàng)的(de)，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值(zhí)的(de)幅度会减小，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质(zhì)大(dà)约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与(yǔ)解释星系当中(zhōng)恒(héng)星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个(gè)简单的理论(lùn)框架(jià)，就很好(hǎo)地(dì)解释了很多不同的观(guān)测结(jié)果。而暗物(wù)质的(de)本质就(jiù)是宇宙当中存在着(zhe)某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他(tā)的电磁作(zuò)用，只通过(guò)引力来相互(hù)作用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当(dāng)于(yú)找到了暗(àn)物(wù)质存在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科学(xué)家(jiā)们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目(mù)标(biāo)，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过(guò)去cos180°是多少，cos180度等于多少(qù)的几十年当中，人(rén)类(lèi)为了寻找这(zhè)些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不(bù)会与常规物(wù)质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过50次的(de)实验，却没(méi)有任何实质性的(de)发现(xiàn)，除(chú)了一(yī)个(gè)地(dì)方，意大利的(de)格兰(lán)萨索(suǒ)山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三(sān)层楼高的探测(cè)器，一直致力于(yú)寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称(chēng)观测到(dào)了某种信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发(fā)现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到(dào)最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发现暗(àn)物质的第一(yī)个直(zhí)接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样(yàng)的速度(dù)在(zài)穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会(huì)产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的(de)时(shí)间，地(dì)球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系(xì)的(de)方向是一致的，而(ér)另外(wài)半年(nián)则与cos180°是多少，cos180度等于多少(yǔ)之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的(de)时候，地球与太(tài)阳的方向正好达(dá)到(dào)完全(quán)一致，这是理论(lùn)上(shàng)地(dì)球(qiú)穿(chuān)越暗物质(zhì)流最(zuì)快(kuài)的时段。而(ér)在(zài)11月份，又恰(qià)好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对(duì)银河系的(de)平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学(xué)家认为(wèi)这可以用来(lái)解释，研究人员们所观测到的周期性信(xìn)号。当(dāng)然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这(zhè)种年(nián)度周(zhōu)期信号的差(chà)异(yì)也可(kě)能是温度(dù)、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也(yě)符合这(zhè)个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球(qiú)建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在(zài)这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这里(lǐ)可以得到(dào)相同(tóng)的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存(cún)在的非常(cháng)有(yǒu)力(lì)的证据了(le)。但(dàn)是由(yóu)于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截(jié)至目(mù)前还(hái)无法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它的(de)宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个(gè)关键(jiàn)的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的(de)效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生(shēng)命(mìng)的(de)诞(dàn)生，或者说是生命(mìng)进化的一(yī)个(gè)重要因素。

如果这一理论得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着(zhe)人类(lèi)并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上(shàng)，暗物(wù)质(zhì)正(zhèng)在通过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是(shì)要(yào)先找到(dào)暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的(de)实(shí)际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得(dé)暗(àn)物质到底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更(gèng)新(xīn)的(de)动力！

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