宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会(huì)存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类(lèi)为了(le)寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在的证(zhèng)据，科(kē)学家们在(zài)过去(qù)的几十年(nián)当中进行了超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但是却没有(yǒu)发现任(rèn)何的(de)有(yǒu)效证据。除了(le)一个地(dì)方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克(kè)牛(niú)顿(dùn)发(fā)表了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合(hé)万(wàn)有引力定(dìng)律的(de)时候，他们(men)就会知道，周(zhōu)围一定有未知(zhī)的天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)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。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发(fā)现都是应(yīng)用万有引力定律所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们(men)上升到星系或者是星团的(de)尺度，事(shì)情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在研究和(hé)测量(liàng)后发星(xīng)系团(tuán)的质(zhì)量。这是(shì)一个由数千(qiān)个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会(huì)使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种方法(fǎ)结果一致，就可(kě)以(yǐ)确定(dìng)其质量(liàng)的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数(shù)据是(shì)测量各个星系的光(guāng)度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红(hóng)移(yí)测量星系(xì)团中的各个星系(xì)相对于星系(xì)团的运动(dòng)速度(dù)。当测量结果出来之(zhī)后，兹威(wēi)基(jī)彻(chè)底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是“光度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并(bìng)不(bù)以(yǐ)可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是(shì)，在测量速(sù)度的(de)过程中，兹威(wēi)基发(fā)现星系团中很多星(xīng)系(xì)的速度比理论(lùn)上要(yào)快(kuài)得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产(chǎn)生的引力是无法将它们束(shù)缚(fù)在星系团内的，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛出星(xīng)系团之(zhī)外了(le)，除非有一(yī)种神(shén)秘的(de)力量在起作用，这种力(lì)量来源(yuán)于某种隐形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这样部分不(bù)可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部(bù)分(fēn)的质量。只是(shì)当时的(de)人们对这(zhè)样的一(yī)种说法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才再(zài)一次出(chū)现。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说(shuō)，距离(lí)中(zhōng)心越(yuè)远的(de)恒星在其轨(guǐ)道(dào)上的(de)运行速度就会(huì)越慢。但是他们观(guān)测(cè)的结果却让人感到不可(kě)思(sī)议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距(jù)离(lí)的(de)增(zēng)加，恒(héng)星的旋(xuán)转速(sù)度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星系当(dāng)中(zhōng)如(rú)果没有足(zú)够大的(de)质量来吸引它们，这些外围的(de)恒星(xīng)早就(jiù)被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基于(yú)这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相对标准的(de)方法来解释(shì)暗物质的(de)存在，这种方法(fǎ)就是测(cè)量星系当中气体在(zài)X轴上(shàng)距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就认为(wèi)是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过射(shè)电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距(jù)离星系中(zhōng)心更(gèng)远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学(xué)定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行(xíng)速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那么产(chǎn)生以上这种向心加(jiā)速度的原因很(hěn)可能就是存在(zài)着(zhe)一种我们看不(bù)到的物(wù)质(zhì)，是这些暗物质的(de)引力效应(yīng)将星系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始，越来(lái)越多的研究人员(yuán)开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质的(de)存(cún)在(zài)。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在(zài)星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星(xīng)系(xì)质量的(de)85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯(wéi)一可以解释这个(gè)现象(xiàng)的原(yuán)因。在一项新的(de)研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个(gè)反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多(duō)，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却(què)只(zhǐ)有银河(hé)系的千分之一。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星(xīng)系必须存在暗物(wù)质(zhì)，否(fǒu)则就(jiù)会(huì)分(fēn)崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其(qí)进行(xíng)了40个(gè)小时的详细测量之后，发(fā)现星系中的(de)恒星运动是(shì)可(kě)以(yǐ)用正常的物质和力学定律来(lái)解释的。那么又有人提出(chū)，也许该星系的(de)暗物质，已经被(bèi)附近的另一(yī)个大星系剥离了(le)。奇(qí)怪的是(shì)，它的附(fù)近(jìn)没(méi)有(yǒu)任(rèn)何(hé)星系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能就是人类对(duì)引(yǐn)力(lì)的理解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道(dào)，按照我们(men)所(suǒ)理解的方式运动(dòng)。但是上升到星(xīng)系和星团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的(de)相(xiāng)互作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效(xiào)应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数(shù)百万(wàn)光年的(de)规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特(tè)殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些发(fā)现也让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关(guān)于暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这(zhè)些理论证(zhèng)据是(shì)蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿(yì)光(guāng)年(nián)的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的星团，它们大(dà)部分的普(pǔ)通质量(liàng)都在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际气体的相(xiāng)互作用就(jiù)会导致温度的急剧升高(gāo)，速(sù)度大(dà)幅降低。所以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团大部分(fēn)的(de)质量将位于所有(yǒu)这些(xiē)气体所在的中间区域。那(nà)么我们通过什么来(lái)验证它的质量区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙当中第(dì)一张(zhāng)全(quán)彩的高清照片，在照片中我们(men)可以明显地(dì)看到很多星系(xì)似乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大的形变(biàn)。其实这些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远的天体(tǐ)和我们地球上的观(guān)测(cè)者之间。被(bèi)一个(gè)质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜(jìng)效应。这个巨(jù)大(dà)的天体可(kě)能是(shì)超大(dà)质量(liàng)的(de)黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区(qū)域并不(bù)是(shì)在(zài)中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最好的解释方(fāng)法就是当(dāng)星团发生全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则(zé)直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的(de)引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质(zhì)存在的迄(qì)今为(wèi)止最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之外，还(hái)有(yǒu)来(lái)自宇(yǔ)宙当(dāng)中最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可(kě)以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年(nián)之后，这些(xiē)光在(zài)宇宙空(kōng)间(jiān)背景上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表示相对(duì)较冷的区域，但(dàn)实际(jì)上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当鲁j是哪个城市 鲁j是哪个省的车牌号中没有暗物质，图形(xíng)看起来不(bù)应该是(shì)这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的(de)幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运动(dòng)所需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的(de)理论(lùn)框架，就很好地解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而(ér)暗物(wù)质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型(xíng)的粒(lì)子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其(qí)他的电磁作用，只通过引(yǐn)力(lì)来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。这种粒(lì)子(zi)到底(dǐ)是(shì)什么？科学家(jiā)们已经提出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找这些(xiē)不同(tóng)的目标(biāo)粒(lì)子所需要的实(shí)验方式也(yě)不相同。在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互(hù)作用的(de)“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一(yī)个地(dì)方，意(yì)大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的地学(xué)实验(yàn)室，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于(yú)寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学(xué)家声称观测(cè)到了某种信号。经过了(le)20多年的(de)数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会(huì)在(zài)每(měi)年(nián)的6月份(fèn)达(dá)到(dào)峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家认为这可能(néng)是人类(lèi)发(fā)现暗物质的(de)第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我(wǒ)们讲(jiǎng)了(le)太(tài)阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系(xì)进(jìn)行移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着(zhe)我们也在以这样(yàng)的速度在(zài)穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的(de)振荡(dàng)，同时地球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而(ér)另外半年则(zé)与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地(dì)球(qiú)与太阳的方向正好达到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物(wù)质流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到(dào)了(le)最慢(màn)值。尽管在(zài)实际(jì)的情况中，太阳系相(xiāng)对(duì)银河(hé)系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是(shì)这并不(bù)影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认(rèn)为(wèi)这(zhè)可以用(yòng)来解(jiě)释，研究人员们所观测到(dào)的周期性信号。当然也(yě)鲁j是哪个城市 鲁j是哪个省的车牌号可(kě)能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信(xìn)号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上(shàng)的积(jī)雪，甚至(zhì)连(lián)意大利游(yóu)客的数量也符(fú)合这个(gè)周期的(de)规律。

所以，科学(xué)家们又在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地(dì)球穿(chuān)过暗(àn)物质流(liú)的运动特征和第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可(kě)以(yǐ)成(chéng)为暗物质所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的(de)证(zhèng)据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相应的数据支(zhī)持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新(xīn)的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的(de)宽视场(chǎng)仪器(qì)提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关(guān)键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待(dài)了(le)。费米实(shí)验室粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥有(yǒu)另(lìng)一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘的(de)效应，这种暗(àn)物质(zhì)效(xiào)应，会支持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生，或者(zhě)说是生命进化(huà)的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一(yī)步的(de)证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会(huì)意味着人类并不孤单(dān)呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这(zhè)样的效(xiào)应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物质存在(zài)的(de)实际证据。那(nà)么(me)小伙伴们(men)，你们觉得(dé)暗物质到底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更(gèng)新(xīn)的动力(lì)！

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