宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会(huì)存在科学无法解(jiě)释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的证据，科(kē)学(xué)家们在过去的几十年当(dāng)中进(jìn)行了(le)超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据(jù)。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当天文学家们(men)发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有(yǒu)引(yǐn)力定律的(de)时候，他们就会(huì)知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王(wáng)星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算(suàn)并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引力定(dìng)律所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度(dù)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了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发星系(xì)团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系(xì)团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一(yī)致，就可以确(què)定其质量(liàng)的(de)范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个星(xīng)系的(de)光度。

第二种是动力学质(zhì)量的(de)计(jì)算，是利用光谱红移测量星系团中的各(gè)个星系相对于(yú)星系团的运动速度(dù)。当测量结(jié)果出来之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的(de)形(xíng)式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发(fā)现星系团(tuán)中很多(duō)星系的速度(dù)比理论(lùn)上(shàng)要快得(dé)多，按照(zhào)牛(niú)顿(dùn)的运动学定律，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在星系团内的，它(tā)们早就应该(gāi)被抛出(chū)星系团之外了(le)，除非(fēi)有一种神(shén)秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提(tí)出(chū)了(le)这样(yàng)部(bù)分(fēn)不(bù)可见的暗质，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的(de)一种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才再(zài)一次(cì)出(chū)现。天文学家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特(tè)福特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星(xīng)在其轨(guǐ)道上的运行速(sù)度就(jiù)会越(yuè)慢(màn)。但(dàn)是他们观(guān)测(cè)的结果却让(ràng)人感(gǎn)到不可(kě)思议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离(lí)的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不变。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在(zài)星系当中如果没(méi)有足(zú)够大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们会使用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就是测量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上(shàng)气(qì)体的(de)旋(xuán)转一方水等于多少升，一方水等于多少升水速度。如果出现异常的(de)结(jié)果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科学(xué)家们通过射电望(wàng)远镜测(cè)量了距离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的(de)氢元素，发现它们的(de)旋转速(sù)度并(bìng)不符合(hé)牛(niú)顿的力(lì)学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围绕银河系(xì)旋(xuán)转，这个实际(jì)速度远远大(dà)于(yú)理论速度，那(nà)么产生以上这(zhè)种(zhǒng)向心加速度(dù)的原因很可能(néng)就是(shì)存在着一种我们看不(bù)到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗(àn)物质的引力效(xiào)应将星系聚集在(zài)了(le)一(yī)起(qǐ)。

也是(shì)从(cóng)这时开始(shǐ)，越来(lái)越(yuè)多的研究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物质的(de)存在。科学家根(gēn)据星(xīng)系外恒星(xīng)轨道(dào)的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质(zhì)量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个现象的原(yuán)因(yīn)。在一项新的研究当(dāng)中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有(yǒu)引力(lì)效(xiào)应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现(xiàn)了一(yī)个反常的星(xīng)系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系(xì)不多，但是星系当中存(cún)在的(de)恒星数量却(què)只(zhǐ)有银河系的千分(fēn)之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会(huì)分崩离析。但是(shì)科(kē)学家(jiā)们使用最(zuì)先进(jìn)的望远镜对其进行了40个(gè)小时(shí)的详细(xì)测量之后，发(fā)现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物(wù)质(zhì)，已经被附近的(de)另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成(chéng)这些(xiē)现象(xiàng)的(de)除了暗(àn)物(wù)质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一种可能就是人类对引力的理解(jiě)还不够全面(miàn)，引力(lì)很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对(duì)于在(zài)星(xīng)系团(tuán)之间的(de)相互作用，科学家(jiā)还引入了外部场(chǎng)效(xiào)应的概(gài)念，指的(de)是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这(zhè)意味着我(wǒ)们需要对(duì)现在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现(xiàn)也让很多人(rén)认(rèn)为(wèi)暗(àn)物质假(jiǎ)说理论(lùn)就(jiù)此终结。但是(shì)在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论(lùn)证据(jù)，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的(de)子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们大部(bù)分的普(pǔ)通质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致(zhì)温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速度大幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部(bù)分的质量将位于所(suǒ)有这些气(qì)体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域(yù)。那么我们通过什么来(lái)验证(zhèng)它(tā)的质量(liàng)区域到底是不是(shì)集中在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以明(míng)显地看到(dào)很(hěn)多(duō)星系似乎被(bèi)拉伸产生了(le)巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而(ér)是这样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和(hé)我们地球上(shàng)的观(guān)测者(zhě)之间。被一个(gè)质(zhì)量(liàng)超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使身后更遥远星系(xì)的光都发生(shēng)了(le)扭曲。这个(gè)现象就(jiù)是引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这(zhè)个(gè)巨大的天体(tǐ)可(kě)能(néng)是(shì)超(chāo)大质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当(dāng一方水等于多少升，一方水等于多少升水)人们对子弹星系团(tuán)观测(cè)的时(shí)候(hòu)，发(fā)现(xiàn)它的大质量区(qū)域(yù)并不是在中间，而(ér)是(shì)在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的(de)解释方法就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并(bìng)在两(liǎng)边形(xíng)成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的(de)引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存(cún)在的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万(wàn)年(nián)之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背(bèi)景(jǐng)上留下了各(gè)相同(tóng)性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相(xiāng)对较(jiào)冷的区域(yù)，但实际上它们(men)之(zhī)间的温(wēn)差只有万分之(zhī)一。

科学(xué)家们通过对(duì)前景背景分离后的(de)二值(zhí)图(tú)像进(jìn)行连通域提(tí)取和标记之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗物(wù)质，图(tú)形看起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射(shè)的测(cè)量值，我们(men)需要的暗物质(zhì)大约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释(shì)星(xīng)系当中恒星(xīng)运动所需(xū)要的暗(àn)物质(zhì)比(bǐ)例(lì)是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个(gè)简单的理(lǐ)论框架(jià)，就很好地(dì)解释了很(hěn)多不同(tóng)的观测结果。而(ér)暗物质的(de)本质就是宇宙(zhòu)当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何其(qí)他的电磁作(zuò)用，只通过引力来(lái)相互作用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家(jiā)们已经提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的(de)目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验(yàn)方式(shì)也(yě)不(bù)相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相互作(zuò)用的“暗(àn)物(wù)质”，科学家们已经进(jìn)行了超过(guò)50次的实验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的(de)地(dì)学实验室，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层(céng)楼高(gāo)的探(tàn)测(cè)器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科(kē)学家声称观测到了(le)某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个有(yǒu)趣(qù)的(de)事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在(zài)11月降(jiàng)到(dào)最(zuì)低，而且在20年当中(zhōng)每(měi)年都是一样。一些科学(xué)家认为这可(kě)能是人(rén)类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么(me)暗物质会产生周(zhōu)期(qī)性的(de)年(nián)度信号(hào)呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系(xì)正在(zài)以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物(wù)质存在(zài)宇宙当中，这意(yì)味着我们也(yě)在以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的(de)时间(jiān)，地球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)与太(tài)阳(yáng)环绕银(yín)河(hé)系(xì)的方向是一致的，而另外(wài)半年(nián)则与之相反。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地球与太阳的(de)方向正好达到完全一(yī)致，这是(shì)理论上地球穿(chuān)越暗物(wù)质流最快的时(shí)段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太(tài)阳系相对银(yín)河系(xì)的(de)平面呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用(yòng)来解(jiě)释，研究人员们(men)所观测到的周期性信号。当(dāng)然(rán)也(yě)可(kě)能有其他(tā)的情况，造成这(zhè)种年度周期信(xìn)号(hào)的差异(yì)也可能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这(zhè)个周期的(de)规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又(yòu)在(zài)南半球建(jiàn)立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而(ér)在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和第(dì)一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里(lǐ)可以得到相(xiāng)同的信号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存在(zài)的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台新(xīn)的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验(yàn)室粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中心的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究(jiū)发现，如(rú)果暗物(wù)质(zhì)存在(zài)，它们(men)极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的(de)效(xiào)应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进(jìn)化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落(luò)的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样(yàng)的效应创造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们(men)，你们觉得(dé)暗物质(zhì)到底存(cún)不存(cún)在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是我更新的(de)动力！

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