宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为何会存在(zài)科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什(shén)么？人类为了寻(xún)找暗(àn)物质存(cún)在的证据(jù)，科学家们(men)在过去的几十(shí)年当中进行了(le)超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据(jù)。除(chú)了一个地方(fāng)，在1687年(nián)出版的(de)自(zì)然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿发(fā)表了(le)万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几(jǐ)百年来(lái)，当天文学家们发现(xiàn)某些天(tiān)体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们(men)就(jiù)会知道(dào)，周围一定(dìng)有未(wèi)知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就的(de)例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量后发(fā)星系(xì)团的(de)质(zhì)量。这是(shì)一个由(yóu)数千个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系(xì)团，这些(xiē)星系被引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测量(liàng)星系(xì)团的质(zhì)量一(yī)般会使用(yòng)到两(liǎng)种方法，当两种(zhǒng)方法结果一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需要(yào)的数(shù)据是测量(liàng)各个(gè)星系的光(guāng)度。

第二种是动(dòng)力学质(zhì)量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星(xīng)系团中(zhōng)的(de)各(gè)个星(xīng)系相对于(yú)星(xīng)系团的运动速(sù)度(dù)。当测(cè)量结果出来之后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系(xì)团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中(zhōng)，兹威基发(fā)现星系团中很(hěn)多星系(xì)的(de)速度(dù)比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的(de)运动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它(tā)们早(zǎo)就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非(fēi)有一种神(shén)秘的力量(liàng)在(zài)起(qǐ)作用，这种力(lì)量来源于(yú)某种隐形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出了这样(yàng)部(bù)分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它(tā)们(men)却(què)占据着宇宙中绝大部(bù)分的质(zhì)量(liàng)。只是当时(shí)的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这(zhè)个(gè)词才(cái)再(zài)一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是(shì)他(tā)们观测的(de)结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随(suí)着(zhe)与中心距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根(gēn)据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系(xì)当中(zhōng)如果(guǒ)没有(yǒu)足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的(de)恒(héng)星(xīng)早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标(biāo)准(zhǔn)的方法来(lái)解释暗物质(zhì)的(de)存在(zài)，这种方法就是测量(liàng)星系(xì)当(dāng)中气体在X轴上距(jù)离(lí)星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出(chū)现异常的结(jié)果，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的力量进入(rù)其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量(liàng)了距离星系(xì)中(zhōng)心更远距离(lí)的氢(qīng)元素，发现它(tā)们的旋(xuán)转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳(yáng)系位于银河系的(de)第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行三眼蟹为什么有三个眼，三眼蟹为什么有三个眼睛计算(suàn)，太(tài)阳系的(de)运行速度(dù)应该是(shì)160千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的原因(yīn)很可(kě)能就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力(lì)效(xiào)应将(jiāng)星系聚集(jí)在了一起。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来越多(duō)的研究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物(wù)质的(de)存在。科(kē)学家(jiā)根据星系外恒星(xīng)轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质(zhì)量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这个现象(xiàng)的(de)原因。在一项新的(de)研究当中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发(fā)现了一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多(duō)，但(dàn)是(shì)星系当中存(cún)在的恒星数(shù)量却只有银河(hé)系(xì)的(de)千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用(yòng)最先进的望(wàng)远镜对(duì)其进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发现星系(xì)中(zhōng)的恒星运动(dòng)是可以用正常的物质(zhì)和力(lì)学定律来(lái)解(jiě)释(shì)的。那(nà)么(me)又有人提出(chū)，也许该星系的(de)暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大(dà)星(xīng)系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造成这些现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理解(jiě)还不够全(quán)面，引力很可能(néng)在不同尺度空(kōng)间中的工作方式是不同的(de)，这意味(wèi)着在行星系(xì)尺度(dù)中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上升(shēng)到星系(xì)和(hé)星团的尺度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式(shì)。对于(yú)在星(xīng)系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数(shù)百万光年的规(guī)模上，巨(jù)大的(de)质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这意(yì)味着我们需要对(duì)现在的物(wù)理定(dìng)律进行修正，这些发现也(yě)让(ràng)很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的(de)其他的(de)理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没法解释的(de)“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样的(de)星团，它们大部分的(de)普通质量都(dōu)在星系的气(qì)体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互(hù)作用就会导致温度的急(jí)剧升(shēng)高，速度(dù)大(dà)幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位(wèi)于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那(nà)么我们通(tōng)过(guò)什么来验证它的质量(liàng)区域到底是(shì)不是(shì)集中在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这(zhè)些星系(xì)本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是(shì)韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什么问题(tí)，而是这样(yàng)极遥(yáo)远的天体和我们地(dì)球上的观测(cè)者之间。被一个质量超级(jí)巨(jù)大(dà)的(de)天(tiān)体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是超(chāo)大质(zhì)量的黑(hēi)洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系(xì)团观测的(de)时候，发现(xiàn)它(tā)的大(dà)质量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通过(guò)了这个(gè)区(qū)域，并在两(liǎng)边形成了引力(lì)透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗(àn)物质存在的(de)迄今(jīn)为(wèi)止(zhǐ)最好(hǎo)的理论(lùn)证据(jù)。

除此之外，还(hái)有来自(zì)宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经(jīng)过(guò)了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分(fēn)表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学家们通(tōng)过对前景(jǐng)背景分离后(hòu)的二(èr)值图三眼蟹为什么有三个眼，三眼蟹为什么有三个眼睛像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发(fā)现，如(rú)果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰值(zhí)的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐(fú)射的测(cè)量(liàng)值，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒(héng)星运动所需(xū)要的暗物质比例是一(yī)致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的(de)理论框架(jià)，就很好地(dì)解释了很多不同的(de)观测结果。而(ér)暗物(wù)质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某(mǒu)种类(lèi)型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过(guò)引力来(lái)相互作用。所以如(rú)果能够找到这(zhè)种粒子的存(cún)在，就相当于(yú)找到(dào)了暗物质(zhì)存在(zài)的(de)实际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子到底是什么？科学家(jiā)们已经提(tí)出了数(shù)十种的假想目标，而(ér)要(yào)寻找这些(xiē)不同的目标粒(lì)子所需要(yào)的实(shí)验方式也不相(xiāng)同。在(zài)过(guò)去的几十(shí)年当中，人(rén)类为了(le)寻(xún)找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常(cháng)规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行(xíng)了(le)超过50次(cì)的(de)实验(yàn)，却没有任何实(shí)质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大(dà)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(zhe)地球上最大的地学(xué)实(shí)验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层(céng)楼(lóu)高的探测器，一(yī)直致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人(rén)们发现了一(yī)个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到(dào)最低，而且(qiě)在20年(nián)当(dāng)中每年(nián)都是一样。一些科学(xué)家认为这可(kě)能是(shì)人类发(fā)现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生(shēng)周期性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着银河系进行(xíng)移(yí)动，那么(me)如(rú)果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着(zhe)我们(men)也在以这样的速度(dù)在穿越着(zhe)暗(àn)物质流，这个过程(chéng)中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳环(huán)绕银河(hé)系的方(fāng)向是一(yī)致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与太(tài)阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗(àn)物质(zhì)流最(zuì)快(kuài)的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影(yǐng)响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科(kē)学家认为这(zhè)可以用(yòng)来解(jiě)释，研究人员们所观测到的周期(qī)性信号。当然也(yě)可(kě)能有其他的情况，造(zào)成(chéng)这种(zhǒng)年(nián)度周期信(xìn)号(hào)的差异(yì)也可能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的(de)水分(fēn)、高山上的(de)积(jī)雪，甚至连(lián)意大利游客(kè)的数量(liàng)也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科(kē)学家(jiā)们又在南半球建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个(gè)实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同(tóng)的信号(hào)，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物质(zhì)所存在的非(fēi)常(cháng)有(yǒu)力的(de)证据了。但是(shì)由于这个实验(yàn)室刚刚建成(chéng)不久，所以截(jié)至目前(qián)还无法提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提(tí)供的(de)视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中一个关键的用途就是探索暗物(wù)质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心(xīn)的科学(xué)家丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯(sī)特(tè)芬(fēn)研(yán)究发(fā)现，如果暗物质存在，它(tā)们(men)极有可能拥(yōng)有(yǒu)另(lìng)一(yī)种神秘的(de)效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得(dé)到进(jìn)一(yī)步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物质(zhì)会不会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在(zài)通过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到底存(cún)不存在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更(gèng)新的(de)动力(lì)！

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