宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么(me)？人类为了(le)寻(xún)找暗(àn)物质存在的证据，科学家们(men)在(zài)过去的几十年当中进行(xíng)了(le)超过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却没有发(fā)现任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一个地(dì)方，在(zài)1687年出版的自(zì)然哲学数学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引(yǐn)力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的(de)规(guī)律(lǜ)。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发现某(mǒu)些(xiē)天(tiān)体运行轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不符合万有引力定律(lǜ)的时(shí)候(hòu)，他们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的天(tiān)体通过引力在(zài)摄动(dòng)它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通(tōng)过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发(fā)现(xiàn)了(le)海王星(xīng)的存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的发现都是(shì)应用万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律所(suǒ)取得重大天文(wén)成就的(de)例子(zi)。但(dàn)是这(zhè)些发现都(dōu)是(shì)在恒(héng)星系(xì)统的(de)尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基正在(zài)研究和测量(liàng)后(hòu)发星(xīng)系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成(chéng)的(de)巨大星系团，这(zhè)些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一(yī)致，就(jiù)可以(yǐ)确定其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需要(yào)的数(shù)据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量的(de)计算，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的各个星系相对于(yú)星系团的运(yùn)动速度(dù)。当(dāng)测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发(fā)座(zuò)星系团有99%的质量消失了(le)，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形(xíng)式所存在(zài)，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测(cè)量速(sù顺丰首重是多少公斤多少钱，顺丰首重是多少公斤续重多少钱)度(dù)的过程中，兹威基发(fā)现星系(xì)团中很多(duō)星系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它(tā)们早就应(yīng)该被抛(pāo)出(chū)星(xīng)系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的(de)力量(liàng)在起作用(yòng)，这种力量来源(yuán)于某种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的(de)暗(àn)质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分(fēn)的质(zhì)量(liàng)。只是当时的人(rén)们对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一(yī)次出现(xiàn)。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙(xiān)女(nǚ)座星(xīng)系中的恒(héng)星运(yùn)动。理论上来说，距离(lí)中心越远的(de)恒星在(zài)其(qí)轨道上的运行速度(dù)就(jiù)会越(yuè)慢(màn)。但是他(tā)们观测的结果却(què)让人感到不(bù)可思(sī)议(yì)。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在(zài)星系当(dāng)中如果没(méi)有足够大(dà)的质量来吸引它们(men)，这些外(wài)围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基(jī)于这(zhè)种现象，科(kē)学家们(men)会(huì)使用一(yī)种相对标准的方法(fǎ)来解释暗(àn)物质的存在，这(zhè)种方法就(jiù)是(shì)测量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速(sù)度。如果(guǒ)出(chū)现(xiàn)异常(cháng)的结(jié)果，就认(rèn)为是由暗物质的力(lì)量进(jìn)入(rù)其中。

于(yú)是科学家们(men)通过射电望远镜测(cè)量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们的(de)旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银(yín)河系的第三悬(xuán)臂之(zhī)上(shàng)，距(jù)离(lí)银(yín)河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万(wàn)有引力定律进行计(jì)算(suàn)，太(tài)阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是(shì)存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力(lì)效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学家们发现(xiàn)，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的(de)微小差异(yì)。另外，天(tiān)文(wén)学(xué)家还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多，但是星系当中存在的(de)恒星(xīng)数量却(què)只有银河(hé)系(xì)的千分之一。

所以在(zài)理(lǐ)论(lùn)上，该(gāi)星系(xì)必须存(cún)在暗物质，否则就(jiù)会(huì)分崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们使用最先进(jìn)的望(wàng)远镜对(duì)其进行了(le)40个(gè)小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动(dòng)是可以用(yòng)正(zhèng)常(cháng)的物质和力学定律来(lái)解释的(de)。那么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星系(xì)存在。造成这(zhè)些现象的除(chú)了(le)暗物质的(de)假说之外，另一种可(kě)能就是(shì)人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很可能在(zài)不同尺度空(kōng)间中的工作方式(shì)是不同(tóng)的，这意味(wèi)着在行星系尺度(dù)中(zhōng)的天体会沿着它(tā)们(men)的轨道，按照我们所(suǒ)理解的(de)方式运动。但是上(shàng)升到星(xīng)系和星团的(de)尺度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用则是不同的方式。对于在星系团之间(jiān)的(de)相(xiāng)互作(zuò)用，科学家(jiā)还引入了外部(bù)场效应的概念，指的是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会(huì)产生对彼此特(tè)殊的(de)效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要对(duì)现在(zài)的物理(lǐ)定律进行修(xiū)正，这些发现(xiàn)也让很(hěn)多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存(cún)在(zài)的其(qí)他的(de)理(lǐ)论证据，这些(xiē)理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞(zhuàng)的星(xīng)系(xì)团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星系的气(qì)体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的(de)时(shí)候，星际气体的相(xiāng)互作用(yòng)就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系(xì)团大(dà)部(bù)分的质量将位于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域(yù)。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的(de)质量区域到(dào)底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回(huí)了(le)宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可以明(míng)显(xiǎn)地(dì)看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了(le)什(shén)么问题，而是这(zhè)样极(jí)遥远的(de)天体和我们地球上的(de)观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的(de)东(dōng)西的引力(lì)，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个现象就是引力(lì)透镜效(xiào)应。这个(gè)巨大的天(tiān)体(tǐ)可能是超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团(tuán)观(guān)测的(de)时候，发现它的大质量区域并(bìng)不(bù)是在(zài)中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的(de)解释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直(zhí)接通过了这个区域，并在两边(biān)形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团(tuán)的(de)引力透镜研究也被认为是(shì)暗物(wù)质存在(zài)的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上留下(xià)了(le)各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温(wēn)差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像(xiàng)进行连(lián)通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来(lái)不应该是(shì)这(zhè)样的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的(de)幅度会(huì)减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物(wù)质大(dà)约是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了很(hěn)多不同的观测结果(guǒ)。而(ér)暗物质(zhì)的本质(zhì)就(jiù)是宇宙当中存(cún)在(zài)着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它(tā)们不参(cān)与任(rèn)何(hé)其他的电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过引力(lì)来相互(hù)作(zuò)用。所以(yǐ)如(rú)果能(néng)够找到这种粒(lì)子(zi)的存在，就相当(dāng)于(yú)找到(dào)了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要(yào)的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年(nián)当(dāng)中，人类(lèi)为(wèi)了(le)寻找(zhǎo)这些(xiē)看(kàn)不见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家们(men)已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没(méi)有任(rèn)何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大的地(dì)学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层楼(lóu)高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的(de)科(kē)学(xué)家声(shēng)称观测(cè)到了(le)某种信号(hào)。经(jīng)过(guò)了20多年(nián)的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而(ér)且在20年当(dāng)中(zhōng)每年都是一样(yàng)。一(yī)些科(kē)学家认为这(zhè)可(kě)能是人(rén)类(lèi)发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是(shì)为什么暗物(wù)质会产生周期性的年度信号(hào)呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕着银河(hé)系进行移(yí)动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物(wù)质(zhì)流，这个(gè)过程中会产(chǎn)生相应的(de)振荡(dàng)，同(tóng)时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有(yǒu)半年(nián)的时(shí)间，地球围绕太阳(yáng)的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系的方向是一(yī)致的(de)，而(ér)另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方向正好达(dá)到完全(quán)一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的(de)时段(duàn)。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家(jiā)认为(wèi)这可(kě)以用来解释(shì)，研(yán)究人员们所观测到的周期性信(xìn)号。当然(rán)也(yě)可能有其他的情况，造(zào)成这(zhè)种(zhǒng)年度周期信号(hào)的(de)差异(yì)也可(kě)能是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大(dà)利游客的(de)数量也(yě)符(fú)合这个周期的(de)规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们(men)又在南(nán)半(bàn)球建立了一个(gè)几乎相同(tóng)的实验室(shì)，这里的(de)季(jì)节与之前的(de)实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地(dì)球(qiú)穿过(guò)暗物(wù)质(zhì)流的运动特征和第一(yī)个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里可以得到(dào)相同的信(xìn)号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质(zhì)所存在的非常(cháng)有力的证据(jù)了。但是(shì)由(yóu)于这个实(shí)验室(shì)刚刚建成(chéng)不久，所以截至(zhì)目前(qián)还无法提供相应(yīng)的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的(de)宽视场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中一个关键的用途就是探索暗(àn)物质背后的(de)奥秘，对(duì)于探测(cè)的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了(le)。费(fèi)米实验室(shì)粒子天体(tǐ)物理中心的科(kē)学家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特(tè)芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一(yī)理(lǐ)论得到(dào)进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意(yì)味着人类并不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效(xiào)应创(chuàng)造(zào)生(shēng)命(mìng)。当然，这些推论的(de)大(dà)前提是要先(xiān)找到(dào)暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据(jù)。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的(de)动(dòng)力！

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