宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科(kē)学无法(fǎ)解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗(àn)物质(zhì)存在的证据，科学(xué)家们(men)在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中进(jìn)行了超过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了(le)一(yī)个(gè)地(dì)方，在1687年出版的自(zì)然哲学(xué)数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表了万(wàn)有引力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运(yùn)动的规律。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当天文学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力(lì)定律的(de)时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些(xiē)发现都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系(xì)或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学(xué)家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量(liàng)后发星(xīng)系团的(de)质量。这是一(yī)个由数(shù)千个(gè)星系所组(zǔ)成的(de)巨大星系团，这些(xiē)星系(xì)被引(yǐn)力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量一般会使(shǐ)用到两种方(fāng)法，当两种方法结果(guǒ)一(yī)致，就(jiù)可以确定其质(zhì)量的(de)范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光度。

第(dì)二(èr)种(zhǒng)是动力学(xué)质量的(de)计算，是利用光谱红移测量星系团中的(de)各个星系相(xiāng)对于星系团的(de)运动速度。当(dāng)测量结果出(chū)来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形(xíng)式所存在，我(wǒ)们(men)无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速(sù)度(dù)的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量(liàng)所产生的引力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它(tā)们(men)早就应该被抛出星系团之外(wài)了(le)，除非有一(yī)种神(shén)秘的力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来源于(yú)某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹维基提(tí)出了(le)这(zhè)样部(bù)分不可见的暗(àn)质，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这(zhè)样(yàng)的(de)一(yī)种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天(tiān)文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在观测(cè)仙女座星系中的恒(héng)星运(yùn)动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在其轨道上的(de)运行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让(ràng)人感到不可(kě)思(sī)议。

随着与中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒星(xīng)的(de)旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根据(jù)牛顿的(de)万有引力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够(gòu)大(dà)的质量来吸引它们(men)，这些外(wài)围的恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的(de)方法来解(jiě)释暗(àn)物质的存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是(shì)测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋(xuán)转速(sù)度。如果(guǒ)出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质(zhì)的力量(liàng)进(jìn)入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距(jù)离星(xīng)系(xì)中心(xīn)更远距离(lí)的氢元素，发现它们的(de)旋转速(sù)度并不(bù)符合牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太(tài)阳系位于银河系(xì)的第(dì)三(sān)悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据(jù)万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原因很可(kě)能就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚(jù)集(jí)在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人员开(kāi)始相信暗物质的存(cún)在。科学家根(gēn)据(jù)星系外恒星轨(guǐ)道(dào)的速度，估算在(zài)星系当中(zhōng)暗物质的质量(liàng)占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎没(méi)有引力效应的(de)遥(yáo)远恒星之间，也会出现速(sù)度(dù)上的(de)微小差异(yì)。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银河系(xì)不多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星(xīng)系(xì)必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则(zé)就会分崩离析。但是(shì)科学(xué)家(jiā)们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用正常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系(xì)的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的(de)附近没(méi)有任何星(xīng)系存在。造成这些(xiē)现象的除了(le)暗(àn)物(wù)质的(de)假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可能就是(shì)人类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这(zhè)意味(wèi)着在行星系尺度中的天(tiān)体会(huì)沿着它们的轨道(dào)，按照(zhào)我们所理解(jiě)的(de)方式运动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的(de)相互作用(yòng)则是不同(tóng)的方式(shì)。对于(yú)在星(xīng)系团之间的相互(hù)作用(yòng)，科(kē)学家还引入了外部场效(xiào)应的概念，指的是在数百万光年的(de)规(guī)模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这意味着我们需(xū)要(yào)对现在的(de)物理定律进行修正，这些发(fā)现也(yě)让很多人认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些(xiē)理论证据是蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论所没(méi)法(fǎ)解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似(shì)这样的星团，它(tā)们大部分的(de)普通质量都在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际(jì)气(qì)体的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团大部分的质(zhì)量将位(wèi)于所有这些(xiē)气(qì)体(tǐ)所在的(de)中间区域。那么我(wǒ)们通过什(shén)么来验证它的(de)质量区域(yù)到底是不是集(jí)中在中间呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可(kě)以(yǐ)明显地看到很多(duō)星系(xì)似乎被拉(lā)伸(shēn)产生了(le)巨大的形(xíng)变。其实(shí)这些(xiē)星系本身并不是真的(de)被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了(le)什么问题，而(ér)是这样(yàng)东京是不是日本首都 东京不是日本的首都吗极遥远的天体和(hé)我(wǒ)们地球上的(de)观测者之间(jiān)。被一个质量超(chāo)级巨大(dà)的天(tiān)体(tǐ)遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量的东西的引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这(zhè)个(gè)现(xiàn)象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体(tǐ)可能是(shì)超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物(wù)质(zhì)。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹星系团观测的时候，发(fā)现它的(de)大(dà)质量区域并不是在中间，而是(shì)在两侧(cè)。所以(yǐ)最好的解(jiě)释方(fāng)法就是当星团发生全部的(de)碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到的质量(liàng)气(qì)体被卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物质(zhì)则直接通过了这个区域，并在(zài)两边形成了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今(jīn)为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经过(guò)了130多(duō)亿(yì)年之后，这些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上留(liú)下了各(gè)相(xiāng)同(tóng)性的(de)微波辐射。其中红(hóng)色的部分表(biǎo)示(shì)温度较(jiào)高的区(qū)域(yù)，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对(duì)较冷(lěng)的(de)区域，但实际(jì)上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家(jiā)们通过(guò)对前景背景分离后的二值图像进行连通域(yù)提(tí)取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形(xíng)看(kàn)起来不(bù)应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测量值(zhí)，我们(men)需要(yào)的(de)暗(àn)物质大(dà)约是(shì)普通物(wù)质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星系当中(zhōng)恒(héng)星运动(dòng)所需要的(de)暗物(wù)质比例是一(yī)致的。这就意味着(zhe)。

用(东京是不是日本首都 东京不是日本的首都吗yòng)了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了(le)很(hěn)多(duō)不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗物质的本质就(jiù)是(shì)宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它们不参与任何(hé)其(qí)他的(de)电磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存(cún)在(zài)，就相(xiāng)当(dāng)于(yú)找到了暗物质存在的(de)实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什(shén)么？科学家们(men)已经提出(chū)了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒(lì)子所需要的实验方(fāng)式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了(le)寻找这些看不(bù)见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎(hū)不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物(wù)质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的(de)实验，却没有任何(hé)实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地(dì)学实验(yàn)室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探(tàn)测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会(huì)在每(měi)年(nián)的(de)6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到(dào)最(zuì)低，而且在20年当中每年(nián)都(dōu)是(shì)一样。一些(xiē)科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什(shén)么(me)暗物质会(huì)产生周期(qī)性的(de)年度信(xìn)号呢(ne)？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度(dù)围绕着银(yín)河(hé)系(xì)进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着我们也在以这样(yàng)的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡(dàng)，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时(shí)间(jiān)，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河系的方向(xiàng)是一(yī)致的，而另外半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的时候(hòu)，地球与太阳的(de)方向正好达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了(le)最(zuì)慢值。尽管在实际(jì)的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银河(hé)系(xì)的平面呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的(de)有效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他(tā)的情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年(nián)度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利(lì)游客(kè)的数量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在(zài)南(nán)半球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季(jì)节与之前(qián)的实验室(shì)正好相反，而在(zài)这(zhè)里，地(dì)球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第一(yī)个实验室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在的(de)非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是由(yóu)于这个实验(yàn)室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截(jié)至目(mù)前还无(wú)法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新(xīn)的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的宽视(shì)场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其(qí)中(zhōng)一个关(guān)键的用途就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们(men)只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理(lǐ)中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬研(yán)究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的(de)诞生，或(huò)者说是生(shēng)命进化的(de)一个(gè)重(zhòng)要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创(chuàng)造生命(mìng)。当然(rán)，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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