宇宙(zhòu)是(shì)“人为制(zhì)造(zào)”的？为何会存在科(kē)学无(wú)法解释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是什么？人(rén)类(lèi)为了寻找暗物质存(cún)在的证(zhèng)据，科(kē)学家们在过去的(de)几(jǐ)十年当中进(jìn)行了(le)超(chāo)过50次的(de)长期实验，但是(shì)却(què)没有(yǒu)发现任何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出(chū)版(bǎn)的自然哲(zhé)学数学原(yuán)理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万(wàn)有引力定(dìng)律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律(lǜ)。往后(hòu)的几百年来，当天(tiān)文学(xué)家(jiā)们发(fā)现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的(de)时候，他们就会(huì)知道(dào)，周围一定有未知的天体通过引力(lì)在摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过(guò)天王星(xīng)运行轨道的(de)异(yì)常，推算并(bìng)且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发现都是(shì)应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律所(suǒ)取得重大天(tiān)文成(chéng)就的例子蜡的熔点是多少度。但是这些发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我(wǒ)们(men)上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就(jiù)开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个(gè)由数(shù)千(qiān)个星系(xì)所组成的巨大(dà)星系(xì)团(tuán)，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法(fǎ)结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范(fàn)围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数(shù)据是测量(liàng)各个星系的(de)光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的各个星系(xì)相对于星(xīng)系团的运(yùn)动速度(dù)。当(dāng)测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量(liàng)消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所(suǒ)存在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的速度比理论上要快(kuài)得多(duō)，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的质量所产生(shēng)的引力是无法(fǎ)将它(tā)们束(shù)缚(fù)在星(xīng)系团内(nèi)的，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的(de)物质(zhì)。

据(jù)此，兹(zī)维基提出了这样部(bù)分不可见(jiàn)的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是(shì)当时(shí)的人们(men)对这样(yàng)的一种说法不(bù)屑(xiè)一顾(gù)。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质蜡的熔点是多少度”这个词(cí)才(cái)再一次出现。天文学(xué)家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特在(zài)观(guān)测(cè)仙(xiān)女座星(xīng)系中(zhōng)的恒(héng)星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运(yùn)行速度就会(huì)越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人感到不可(kě)思(sī)议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸(xī)引它(tā)们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学(xué)家(jiā)们会(huì)使(shǐ)用一种(zhǒng)相对(duì)标准的(de)方法来解释暗物质的(de)存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出(chū)现异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进(jìn)入(rù)其中。

于是科学(xué)家们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测量了距(jù)离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发现(xiàn)它(tā)们(men)的旋转速度(dù)并不符合牛(niú)顿的力(lì)学定(dìng)律(lǜ)。我(wǒ)们(men)的(de)太阳(yáng)系(xì)也不例(lì)外，太(tài)阳系位于银河系的(de)第三悬臂之(zhī)上，距离银河(hé)系中心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力定律进行计算，太阳系的(de)运行速度(dù)应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上(shàng)，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系(xì)旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很(hěn)可能就是存(cún)在着(zhe)一种我们看不到的物质，是(shì)这(zhè)些暗(àn)物质(zhì)的(de)引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越(yuè)来越多(duō)的研究人(rén)员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星(xīng)系(xì)外(wài)恒星轨道的(de)速度(dù)，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解(jiě)释(shì)这个(gè)现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科(kē)学家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出现速度上的(de)微小差异(yì)。另外，天文(wén)学家还(hái)发现了一(yī)个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是(shì)星(xīng)系当中存(cún)在的(de)恒(héng)星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河(hé)系的千分(fēn)之一(yī)。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就(jiù)会(huì)分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先(xiān)进的望(wàng)远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发(fā)现星系中的恒(héng)星运动是(shì)可以用正常的物质和(hé)力(lì)学定律来解释的(de)。那么又有人(rén)提(tí)出，也(yě)许该星(xīng)系的(de)暗物质，已经被附(fù)近(jìn)的另一个大星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附(fù)近(jìn)没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造成这些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物(wù)质的假说之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能就是(shì)人类对引力的理解还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不(bù)同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用(yòng)，科学家还引(yǐn)入了外(wài)部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的(de)是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的(de)效果，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要(yào)对现在的(de)物(wù)理定律进行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也让很多(duō)人(rén)认为暗(àn)物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的(de)其(qí)他的理论(lùn)证据，这(zhè)些(xiē)理论(lùn)证据(jù)是蒙(méng)德理论所没法解释(shì)的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的(de)子弹(dàn)星(xīng)系团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团所组成(chéng)，类(lèi)似这样的(de)星团(tuán)，它们大部分(fēn)的普(pǔ)通质量都在(zài)星系的气体当中。当(dāng)星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温(wēn)度的急(jí)剧升(shēng)高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所有这些气(qì)体所(suǒ)在的中间区(qū)域。那么我们通过什么来验证它的(de)质(zhì)量区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望远(yuǎn)镜蜡的熔点是多少度传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明(míng)显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了(le)巨(jù)大的形(xíng)变(biàn)。其实这些星系本(běn)身并(bìng)不(bù)是真的(de)被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这(zhè)样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和(hé)我们地球(qiú)上的(de)观(guān)测者之(zhī)间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的东西(xī)的引力，会(huì)使身后更遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测(cè)的时候，发(fā)现它的(de)大质量区(qū)域并不是在(zài)中间(jiān)，而是在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解(jiě)释方(fāng)法就是当星团发(fā)生(shēng)全部(bù)的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质(zhì)量(liàng)气体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物(wù)质则直(zhí)接通过了这个区域，并在(zài)两边(biān)形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子弹星系(xì)团的引(yǐn)力透镜(jìng)研究(jiū)也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的(de)理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还(hái)有来自(zì)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中最古老的(de)光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后，可(kě)见光终于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了(le)。经过了130多(duō)亿年(nián)之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相(xiāng)同性(xìng)的微波辐射。其(qí)中红色的部分(fēn)表示温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较(jiào)冷的(de)区域，但实际(jì)上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前(qián)景背景分离(lí)后(hòu)的(de)二值图(tú)像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形(xíng)看起来不应(yīng)该是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度(dù)会(huì)减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波(bō)背(bèi)景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个数(shù)字与解释星系(xì)当(dāng)中恒星运动所需要的(de)暗物(wù)质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而(ér)暗(àn)物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它们(men)不(bù)参与(yǔ)任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来(lái)相互作用(yòng)。所以如果能够找到(dào)这种粒子(zi)的(de)存在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实(shí)际(jì)证据。这种粒(lì)子(zi)到底是什么？科(kē)学家(jiā)们已经提出了数十种的(de)假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻找这些不同的(de)目标粒子所需要的实验方式(shì)也不相同。在过去的(de)几十(shí)年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到(dào)，几乎(hū)不会与常规(guī)物质相互作用的“暗(àn)物(wù)质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次(cì)的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了(le)一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高(gāo)的(de)探(tàn)测(cè)器，一(yī)直致力于寻找暗物(wù)质(zhì)粒(lì)子(zi)的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现了(le)一个有(yǒu)趣(qù)的事情(qíng)。探测率(lǜ)会在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当(dāng)中每年都是一(yī)样。一些科(kē)学家认为这可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会(huì)产生周期(qī)性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着(zhe)银(yín)河(hé)系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意(yì)味(wèi)着我们也(yě)在以这样(yàng)的速(sù)度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同(tóng)时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半(bàn)年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系的(de)方向是(shì)一致的，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的(de)方向正好(hǎo)达到完全一致，这(zhè)是理(lǐ)论(lùn)上地球穿越暗物质流(liú)最快(kuài)的时段(duàn)。而(ér)在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这可以(yǐ)用(yòng)来解(jiě)释，研究人(rén)员们所观(guān)测到(dào)的周期性信号(hào)。当然也可能有其(qí)他的情(qíng)况，造成这种年度周(zhōu)期(qī)信号的差异也可(kě)能是温度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山(shān)上的积雪，甚至连(lián)意(yì)大利游客的数量(liàng)也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们(men)又在南(nán)半球建立了一(yī)个几(jǐ)乎(hū)相同(tóng)的实验室，这(zhè)里的(de)季节与之前的实验室(shì)正好(hǎo)相反，而在(zài)这里，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流的运动(dòng)特(tè)征和(hé)第一个(gè)实(shí)验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常(cháng)有(yǒu)力的证据了。但是由(yóu)于(yú)这个(gè)实(shí)验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目(mù)前还无法提(tí)供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台新的(de)望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈(hā)勃(bó)望远(yuǎn)镜相(xiāng)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)雷斯(sī)罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其(qí)中(zhōng)一个关键的用途就(jiù)是(shì)探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费米实验室(shì)粒子天体(tǐ)物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效(xiào)应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或者(zhě)说(shuō)是(shì)生命(mìng)进(jìn)化的一个(gè)重要(yào)因素。

如果(guǒ)这一(yī)理论得到进一步(bù)的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味着人(rén)类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个(gè)角落的行星上，暗物质正在通过这样的(de)效应创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提(tí)是要先找到暗物质存在的(de)实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新(xīn)的动力！

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