宇宙是“人为制(zhì)造”的(de)？为(wèi)何会(huì)存在科学无法解释(shì)的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物质(zhì)存在(zài)的证据，科学(xué)家(jiā)们(men)在过去的几十年(nián)当中进行了超(chāo)过50次的(de)长期实验(yàn)，但是(shì)却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一(yī)个地方，在(zài)1687年(nián)出版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们发(fā)现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未知的天体通(tōng)过引力(lì)在摄动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就通过(guò)天王星(xīng)运行轨道(dào)的异(yì)常(cháng)，推(tuī)算并且发现了(le)海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星的发现都(dōu)是应用万有引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重大天文成(chéng)就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的(de)尺度(dù)，事情(qíng)就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星(xīng)系团的质量。这是一个(gè)由数千个星(xīng)系所组成的巨(jù)大星系团，这(zhè)些星系(xì)被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质(zhì)量一般会(huì)使(shǐ)用到(dào)两种方法，当两种方法结果一致，就可(kě)以确定(dìng)其质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的(de)数据是测量各个星(xīng)系的光度(dù)。

第二种是(shì)动(dòng)力学质量的计(jì)算(suàn)，是利(lì)用光谱红移测量星系(xì)团中的各个星系相对于(yú)星系(xì)团的运(yùn)动(dòng)速度。当测(cè)量结果出(chū)来之后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的(de)质量并(bìng)不以可见光的形式(shì)所(suǒ)存在，我们(men)无法看到(dào)。最诡异的是，在(zài)测量(liàng)速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星系的(de)速度比理(lǐ)论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见(jiàn)星系(xì)的(de)质量(liàng)所产(chǎn)生的(de)引力是(shì)无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它(tā)们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了(le)，除(chú)非有一(yī)种神秘的力(lì)量在(zài)起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基(jī)提出了这样部分不可见的(de)暗(àn)质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸(xī)光、反射(shè)光，但是它们却(què)占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的人们对这样(yàng)的一(yī)种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特(tè)福(fú)特(tè)在观测(cè)仙女(nǚ)座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的(de)运行速度(dù)就会越慢。但是(shì)他们观测的结果却让人感到不(bù)可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系(xì)当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学家们会使用一(yī)种(zhǒng)相对标准的方(fāng)法来解释(shì)暗物(wù)质的存在，这种方法就是(shì)测量(liàng)星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距离星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电望远镜(jìng)测量了距离星系中心(xīn)更(gèng)远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发现(xiàn)它们(men)的旋(xuán)转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们(men)的太阳系也不(bù)例外，太(tài)阳系位于银河(hé)系的第(dì)三悬臂之上，距离银(yín)河(hé)系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)计(jì)算，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度围绕银(yín)河系旋(xuán)转，这个实际速度远(yuǎn)远大于(yú)理论速度，那么产生以上这(zhè)种向心加速度的原因很(hěn)可(kě)能就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们(men)看不到(dào)的物质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力效(xiào)应将星系聚(jù)集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究(jiū)人员开(kāi)始相信(xìn)暗物质(zhì)的存在。科学(xué)家根(gēn)据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗(àn)物质(zhì)的(de)质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释(shì)这个现象(xiàng)的原因。在一项新的(de)研究当中，科碳酸银是不是沉淀 碳酸银在水中是沉淀吗(kē)学(xué)家们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出(chū)现速度上的(de)微小差异。另外(wài)，天文学家还(hái)发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银河系(xì)不多，但是星系(xì)当中存在的恒(héng)星数量却只有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科(kē)学家们使用最(zuì)先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的(de)详细(xì)测量之(zhī)后，发(fā)现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用(yòng)正常的物(wù)质和力(lì)学定律来(lái)解(jiě)释(shì)的(de)。那么(me)又(yòu)有(yǒu)人(rén)提出，也许该星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星(xīng)系存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就(jiù)是(shì)人类对引力的理(lǐ)解还不够全(quán)面，引力很可能在不(bù)同尺度(dù)空(kōng)间中的工作方(fāng)式是不同(tóng)的(de)，这意味着(zhe)在行星(xīng)系尺度中的(de)天体会沿着(zhe)它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是(shì)上升到星系(xì)和星团的尺(chǐ)度(dù)，引力之(zhī)间(jiān)的相(xiāng)互作用则(zé)是不同的方式。对于在星(xīng)系团之(zhī)间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概念(niàn)，指的是在数百万(wàn)光年的规模(mó)上，巨(jù)大的质量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这意(yì)味(wèi)着(zhe)我们需(xū)要对现在(zài)的物理定律进(jìn)行(xíng)修正，这(zhè)些(xiē)发现也让很多人(rén)认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于(yú)暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没(méi)法解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团(tuán)，它(tā)们大部分(fēn)的普通质量都在(zài)星(xīng)系的(de)气体当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作(zuò)用(yòng)就会(huì)导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于(yú)所有这些气(qì)体所在(zài)的中间(jiān)区域。那么我们(men)通(tōng)过什么来验证它(tā)的(de)质量区域到(dào)底是不是集(jí)中在中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可(kě)以(yǐ)明显地看(kàn)到(dào)很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不(bù)是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远的天体和(hé)我(wǒ)们地球上的观(guān)测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨(jù)大(dà)的天体可能是(shì)超大质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们(men)对(duì)子弹星系(xì)团观测的时候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并不是(shì)在中(zhōng)间，而是(shì)在(zài)两侧。所以(yǐ)最好的解(jiě)释方法就是当星(xīng)团发生全(quán)部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量(liàng)气体被(bèi)卡在了(le)中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域(yù)，并在两边形(xíng)成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力(lì)透(tòu)镜研究也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后，可(kě)见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿(yì)年之(zhī)后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红色的部(bù)分表示温度较高的(de)区域(yù)，蓝色(sè)则表示(shì)相对较冷的区域，但实际(jì)上它们之间的温(wēn)差只有万分(fēn)之一(yī)。

科学家们(men)通(tōng)过对前景背景分离(lí)后的二值图像(xiàng)进行(xíng)连通域提取和标记(jì)之后发现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有暗物质，图(tú)形看起来不应(yīng)该(gāi)是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物质的(de)增加(jiā)，一(yī)些峰值的(de)幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐(fú)射的测量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗(àn)物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解释星(xīng)系当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论(lùn)框架，就很好地解释了很多不(bù)同的(de)观测结(jié)果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁(cí)作用，只通过(guò)引力来(lái)相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这(zhè)种粒子的存在(zài)，就相当于(yú)找到了暗物(wù)质存在的(de)实际证据(jù)。这(zhè)种粒(lì)子(zi)到底是什么？科(kē)学(xué)家们已经提出了数(shù)十种的假想目标(biāo)，而要(yào)寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在(zài)过去的几(jǐ)十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与常规物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了(le)超过(guò)50次的实(shí)验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大(dà)利的格兰(lán)萨(sà)索山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上最大的地(dì)学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的(de)科学家声称观测(cè)到了(le)某种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年的数据(jù)收集，人们发现了一个有趣(qù)的(de)事(shì)情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最(zuì)低，而且在20年(nián)当中每(měi)年(nián)都是一样。一(yī)些科(kē)学家认为这可能(néng)是人类发现暗(àn)物质的第一个直接(jiē)证(zhèng)据(jù)。

但(dàn)是为什么暗物质(zhì)会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在(zài)以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河(hé)系(xì)进行移动(dòng)，那(nà)么如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的(de)速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡，同时(shí)地(dì)球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银(yín)河(hé)系的(de)方向是一致的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗(àn)物质流最快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份(fèn)，又(yòu)恰(qià)好达到了(le)最慢值。尽管在(zài)实际(jì)的情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河(hé)系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是(shì)这并不影(yǐng)响这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)的(de)有效性(xìng)。

因此科(kē)学家(jiā)认为这(zhè)可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他(tā)的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的(de)差异也可能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪，甚至连(lián)意大(dà)利游客的数(shù)量也(yě)符合这个周(zhōu)期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科(kē)学(xué)家们又在南半球建立了一(yī)个几乎(hū)相同的(de)实验室，这里的(de)季节与之前的实验室(shì)正好相反，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗物质流(liú)的运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实验(yàn)室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物质所存在的(de)非常有(yǒu)力的(de)证据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以截至(zhì)目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新的(de)望远镜，这台(tái)太空望(wàng)远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其中一个关键的用途就(jiù)是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在，它们极有可(kě)能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞(dàn)生(shēng)，或者说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如(rú)果(guǒ)这(zhè)一理(lǐ)论得到进(jìn)一步(bù)的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着(zhe)人类(lèi)并不孤单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角落(luò)的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造(zào)生(shēng)命。当然，这些(xiē)推论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动力！

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