宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为何(hé)会(huì)存在科(kē)学无法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在的(de)证据，科学(xué)家(jiā)们在(zài)过去的几十年(nián)当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现(xiàn)任(rèn)何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出(chū)版的自然(rán)哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运(yùn)动的规(guī)律。往(wǎng)后的几百年来(lái)，当天文学(xué)家们发现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不符(fú)合(hé)万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未(wèi)知的天体(tǐ)通(tōng)过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天(tiān)王星运行轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星(xīng)的存(cún)在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重大天文(wén)成(chéng)就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的(de)尺度(dù)当(dāng)中(zhōng)，可(kě)当(dāng)我(wǒ)们上升(shēng)到星(xīng)系或者(zhě)是(shì)星团的尺度(dù)，事情就(jiù)开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基(jī)室外残疾人坡道坡度规范要求，室外残疾人坡道一般不超过正(zhèng)在研究和(hé)测量后发星系(xì)团的质量(liàng)。这(zhè)是(shì)一个由数千个(gè)星系所组成的巨大(dà)星系(xì)团，这些星系被引力(lì)束缚在(zài)一起。测量(liàng)星(xīng)系团的质量一(yī)般会使用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一(yī)致(zhì)，就可以确定其质(zhì)量的范围(wéi)。

第(dì)一种是获(huò)得其"光度学的(de)质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的(de)光度。

第二(èr)种是动力学质量的(de)计(jì)算(suàn)，是利(lì)用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星系(xì)相对于星系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量并(bìng)不(bù)以可见光的(de)形(xíng)式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系(xì)团(tuán)中很多星(xīng)系的速度(dù)比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按(àn)照牛顿(dùn)的(de)运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产(chǎn)生的引力(lì)是(shì)无(wú)法(fǎ)将它们束缚在(zài)星系团(tuán)内(nèi)的(de)，它们(men)早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的(de)力(lì)量在(zài)起作用(yòng)，这种力(lì)量来(lái)源于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据(jù)此，兹维基(jī)提出了这样部(bù)分不可见的(de)暗(àn)质，它不(bù)发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人们(men)对这样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系(xì)中的恒(héng)星(xīng)运动。理论(lùn)上来(lái)说(shuō)，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道(dào)上的运行速度(dù)就会越慢。但(dàn)是他(tā)们观测的结果却让人感到不可(kě)思(sī)议(yì)。

随着与中心距离的(de)增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会(huì)使用一(yī)种(zhǒng)相(xiāng)对标准的(de)方(fāng)法来解释暗(àn)物质的存(cún)在，这(zhè)种方法就(jiù)是测量星系(xì)当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如(rú)果出现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质(zhì)的力(lì)量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜测量了距离星(xīng)系中(zhōng)心更远距离(lí)的氢元素，发现它们(men)的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳系也不例(lì)外，太(tài)阳(yáng)系位(wèi)于银河系的第三悬臂(bì)之(zhī)上，距(jù)离银(yín)河系中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力(lì)定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的(de)速度围绕(rào)银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在着一种我(wǒ)们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物质的(de)存在。科(kē)学家根据(jù)星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质(zhì)的质(zhì)量占(zhàn)整个(gè)星系质量的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不是唯一可以(yǐ)解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研(yán)究当(dāng)中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会出现速(sù)度上的微小差(chà)异。另(lìng)外，天文(wén)学家还发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银河系的(de)千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就(jiù)会(huì)分崩离析。但(dàn)是科学家们(men)使用最先(xiān)进的(de)望(wàng)远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒星(xīng)运动是可以用正常(cháng)的物(wù)质和(hé)力(lì)学定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一种可能(néng)就是人(rén)类对引力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不(bù)同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的(de)方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不同的方式。对(duì)于(yú)在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学(xué)家还引入了外(wài)部场效(xiào)应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上，巨大(dà)的质(zhì)量之(zhī)间会(huì)产生对(duì)彼此特殊的(de)效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味(wèi)着我们需要对现在的物(wù)理(lǐ)定律(lǜ)进行修(xiū)正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人(rén)认为暗物(wù)质假说(shuō)理论就此终结。但(dàn)是(shì)在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物质存在的(de)其他的理论(lùn)证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿(yì)光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的(de)星系(xì)团所组成，类(lèi)似这(zhè)样的(de)星团(tuán)，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质(zhì)量都在星系的气(qì)体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的(de)时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相互(hù)作(zuò)用(yòng)就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速(sù)度大(dà)幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的(de)质(zhì)量(liàng)将位于所有(yǒu)这些(xiē)气体所在的中间区域。那(nà)么我们(men)通过什么(me)来(lái)验证它的(de)质(zhì)量区域到底是不是集中(zhōng)在(zài)中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们(men)可以明显地看到很多(duō)星(xīng)系似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生(shēng)了(le)巨(jù)大的形变。其实这些星系本身(shēn)并不(bù)是真(zhēn)的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的(de)观测者之间。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的(de)引力，会使身后(hòu)更(gèng)遥(yáo)远星系的(de)光(guāng)都发生了扭曲。这个(gè)现象就(jiù)是引力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨大的(de)天体(tǐ)可(kě)能是超大(dà)质量的黑洞(dòng)或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测(cè)的时候，发现它的(de)大质量区域并不是在中(zhōng)间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量(liàng)气(qì)体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通过了这个区域(yù)，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子(zi)弹星系团的(de)引力透镜研究也被(bèi)认为是暗(àn)物(wù)质存(cún)在的迄(qì)今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后，可见光终于(yú)可以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上(shàng)留下(xià)了各(gè)相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部(bù)分表示(shì)温度较(jiào)高的区域，蓝色则(zé)表示(shì)相对(duì)较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温差(chà)只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域提(tí)取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而(ér)随着(zhe)暗物质的增加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背景(jǐng)室外残疾人坡道坡度规范要求，室外残疾人坡道一般不超过辐射的(de)测量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物质(zhì)大(dà)约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动所需(xū)要(yào)的暗物质比例是(shì)一致(zhì)的(de)。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理(lǐ)论框架(jià)，就很好地(dì)解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他(tā)的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子(zi)的存(cún)在，就相当于(yú)找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这(zhè)种粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十种(zhǒng)的假想目(mù)标，而(ér)要寻(xún)找这(zhè)些不同的(de)目标粒子所需要(yào)的实验方(fāng)式也不相同。在过去的几(jǐ)十(shí)年当中，人(rén)类为(wèi)了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与常(cháng)规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次(cì)的实验，却(què)没(méi)有任何实质(zhì)性的发(fā)现，除(chú)了一个地(dì)方，意大(dà)利(lì)的格兰萨索山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球(qiú)上最(zuì)大的地学实(shí)验(yàn)室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的(de)探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多(duō)年的数据收集，人们发(fā)现(xiàn)了一(yī)个有趣的事情。探(tàn)测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降(jiàng)到最(zuì)低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每(měi)年都是(shì)一样(yàng)。一些(xiē)科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个(gè)直接证据(jù)。

但是为什(shén)么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了太阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕着银河(hé)系(xì)进行移动，那么(me)如(rú)果暗物质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味着我们(men)也在以这样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物质流，这个过(guò)程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地(dì)球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太阳环绕(rào)银河系的方向是一致(zhì)的，而(ér)另(lìng)外半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的(de)时候，地球与太(tài)阳的方向正好达(dá)到完全一致，这(zhè)是(shì)理论上地(dì)球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际(jì)的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不(bù)影(yǐng)响这个理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学(xué)家认为这可以用(yòng)来解释，研究人员(yuán)们所观测(cè)到的周期性信(xìn)号。当(dāng)然也(yě)可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的(de)数量也(yě)符合这个周期(qī)的(de)规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又在(zài)南半球建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同(tóng)的实(shí)验室(shì)，这里的(de)季(jì)节与之前的实验室正好相反，而(ér)在(zài)这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征和第(dì)一个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的(de)信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于(yú)这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器提供的视(shì)野是哈勃红(hóng)外(wài)仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其中一个(gè)关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以待(dài)了(le)。费米实验室粒(lì)子天体物(wù)理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物(wù)质存在(zài)，它们(men)极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞(dàn)生，或(huò)者(zhě)说是生命进化的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如果这一理论得到(dào)进(jìn)一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意(yì)味着人类并不(bù)孤单(dān)呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落的行(xíng)星(xīng)上(shàng)，暗物(wù)质正在通过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这(zhè)些推论的大(dà)前提是要(yào)先找到暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新的动力！

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