宇宙是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会(huì)存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在(zài)的证据，科学(xué)家们在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中进行了超过50次的(de)长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何(hé)的有效证据。除了(le)一个地方，在(zài)1687年(nián)出版(bǎn)的自(zì)然哲学数(shù)学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发表了万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动(dòng)的规律。往后的(de)几百年(nián)来，当(dāng)天文(wén)学家(jiā)们发现(xiàn)某些天(tiān)体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)的时候(hòu)，他们就会知道，周(zhōu)围一(yī)定有(yǒu)未知(zhī)的天体(tǐ)通过引力(lì)在(zài)摄动(dòng)它的(de)轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通(tōng)过天王星运行轨道(dào)的异常，推(tuī)算并且发(fā)现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星(xīng)的发现都(dōu)是应(yīng)用(yòng)万有引(yǐn)力定律所取得重大(dà)天文成就的(de)例子。但是这(zhè)些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或(huò)者是(shì)星团的(de)尺度，事情(qíng)就(jiù)开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后发星(xīng)系团的质(zhì)量(liàng)。这(zhè)是一(yī)个由(yóu)数千个星(xīng)系所(suǒ)组成(chéng)的(de)巨大星系团，这(zhè)些星系(xì)被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方(fāng)法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确定其质量(liàng)的(de)范围(wéi)。

第一(yī)种是(shì)获得(dé)其"光度学的(de)质量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的光度。

第(dì)二(èr)种是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星系相对(duì)于(yú)星(xīng)系团的(de)运动速度。当(dāng)测(cè)量结(jié)果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系(xì)团有99%的(de)质量(liàng)消失了，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并(bìng)不(bù)以可见光的(de)形(xíng)式所存在，我们无(wú)法看(kàn)到。最诡异(yì)的(de)是(shì)，在测量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系(xì)团(tuán)中很多星系的速度比(bǐ)理论上(shàng)要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的(de)质量所产生的引(yǐn)力是(shì)无法将(jiāng)它们束缚(fù)在(zài)星系团内的(de)，它们(men)早就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但(dàn)是它(tā)们(men)却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测(cè)仙女座(zuò)星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离(lí)中(zhōng)心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是(shì)他们观(guān)测(cè)的结果(guǒ)却(què)让人感(gǎn)到(dào)不可思议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋转速(sù)度(dù)几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当(dāng)中(zhōng)如(rú)果(guǒ)没有足(zú)够大的质(zhì)量(liàng)来吸引它们，这些(xiē)外围(wéi)的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当(dāng)中了(le)。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科(kē)学家们会(huì)使用(yòng)一种相对标准的(de)方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速(sù)度。如果(guǒ)出现异(yì)常(cháng)的结果，就认为是(shì)由暗物质(zhì)的力量进入其(qí)中。

于(yú)是科学家们通过(guò)射电望远镜测量(liàng)了距离星系中(zhōng)心更(gèng)远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于(yú)银(yín)河系的第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运行(xíng)速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的(de)速度围绕(rào)银河系旋转，这个(gè)实际速度(dù)远远大于理论速(sù)度，那么产生(shēng)以上这(zhè)种向心加速度的原因很(hěn)可能(néng)就(jiù)是存(cún)在着一种我们看不(bù)到(dào)的物质(zhì)，是这(zhè)些暗物(wù)质的引力(lì)效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在(zài)了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信(xìn)暗物质的(de)存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当(dāng)中暗物质的(de)质量占整(zhěng)个星系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解(jiě)释(shì)这个现(xiàn)象的原(yuán)因。在(zài)一(yī)项新(xīn)的(de)研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会出现(xiàn)速(sù)度(dù)上的微(wēi)小差异(yì)。另外，天文学家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离(lí)地球大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银河系(xì)不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却(què)只有银河(hé)系的千分(fēn)之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在(zài)暗物(wù)质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学(xué)家们使用最先进的(de)望远镜对(duì)其(qí)进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发(fā)现星系中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运动(dòng)是可以用正(zhèng)常的物(wù)质和力(lì)学定律来解释的。那(nà)么(me)又有人提(tí)出，也(yě)许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一(yī)个(gè)大星系(xì)剥离了。奇怪(guài)的是，它的(de)附(fù)近没有任何星系存在。造成这些现象的(de)除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力(lì)的理解还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同(tóng)的(de)，这意味着(zhe)在(zài)行星系尺度(dù)中的天体会沿着它(tā)们的(de)轨道，按照我们(men)所理解的(de)方(fāng)式(shì)运动。但是上(shàng)升到星系和星团(tuán)的(de)尺度，引力之(zhī)间的相互(hù)作用(yòng)则是不同的(de)方式。对(duì)于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学(xué)家(jiā)还引入了外(wài)部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上，巨大(dà)的质量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特(tè)殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味(wèi)着我们需要对现在的(de)物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就(jiù)此(cǐ)终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的(de)其他的理(lǐ)论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)是(shì)蒙(méng)德理论所(suǒ)没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的(de)子(zi)弹星系(xì)团，由两个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们(men)大部分的普通质量都(dōu)在星系(xì)的气体当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的相互作(zuò)用(yòng)就会(huì)导致温度的急剧升(shēng)高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于所有这(zhè)些(xiē)气体所在(zài)的中间区域(yù)。那么我(wǒ)们通过什么来验证它的质量区域到底是(shì)不是集(jí)中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可以明显地看到很多(duō)星系(xì)似乎被拉伸(shēn)产生了(le)巨大的形变。其(qí)实(shí)这些(xiē)星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是(shì)这样极遥(yáo)远(yuǎn)的(de)天体和我们地(dì)球上的观测者之间。被一(yī)个质(zhì)量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量(liàng)的(de)东西的引力，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星系的(de)光都(dōu)发生了(le)扭曲。这个(gè)现象就是引力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨(jù)大的天体(tǐ)可能是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是(shì)暗(àn)物(wù)质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星(xīng)团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域(yù)，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的(de)引力透镜研究也被认为是暗(àn)物(wù)质存在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据。

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除此之外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终(zhōng)于可(kě)以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上留下了(le)各相同(tóng)性的(de)微波(bō)辐(fú)射。其中红(hóng)色的部分(fēn)表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对(duì)较冷的区域，但实(shí)际上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的(de)二值图(tú)像进行连(lián)通(tōng)域(yù)提取和(hé)标(biāo)记之后发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随(suí)着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减(jiǎn)小，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测(cè)量值，我们需(xū)要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释(shì)星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是一致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了一(yī)个简单的理论(lùn)框架，就(jiù)很好地(dì)解释了(le)很多不同的(de)观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在(zài)着某种类型的粒(lì)子，它(tā)们不(bù)参与任(rèn)何其(qí)他的电磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力(lì)来相互作用。所以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么(me)？科学家们(men)已(yǐ)经提出了(le)数十(shí)种的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子(zi)所需要的(de)实验方式也不相同。在过(guò)去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会(huì)与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除(chú)了(le)一(yī)个地方，意(yì)大(dà)利(lì)的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的地(dì)下(xià)矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学(xué)实(shí)验室(shì)，这个(gè)实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼(lóu)高(gāo)的探(tàn)测器，一直(zhí)致(zhì)力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)罗锅上山是什么意思，罗锅上山样子图片里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过(guò)了(le)20多年的(de)数据(jù)收(shōu)集(jí)，人(rén)们发现(xiàn)了一个有趣(qù)的事情(qíng)。探测率(lǜ)会在每年的(de)6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然后(hòu)在(zài)11月降到最低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年都是一样。一(yī)些科学家(jiā)认为这可能是(shì)人类(lèi)发(fā)现暗物(wù)质的第(dì)一(yī)个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度围绕着(zhe)银河系进行移(yí)动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味着我们(men)也在以这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个(gè)过(guò)程中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年(nián)的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕(rào)银河(hé)系的方向是一致的(de)，而另外半年(nián)则与之相反。

而(ér)在(zài)6月份(fèn)的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完(wán)全一致(zhì)，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快(kuài)的(de)时段。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实(shí)际(jì)的(de)情况(kuàng)中(zhōng)，太(tài)阳系相对银(yín)河系的(de)平(píng)面(miàn)呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜(xié)，但是(shì)这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认(rèn)为(wèi)这(zhè)可以用来解(jiě)释(shì)，研究(jiū)人员们(men)所观测到的周期性(罗锅上山是什么意思，罗锅上山样子图片xìng)信号。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这种年度周期信号的差异(yì)也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也符(fú)合(hé)这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立(lì)了(le)一个(gè)几乎相同的实(shí)验室，这里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而(ér)在这里，地(dì)球穿过(guò)暗物质流的运动特(tè)征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的(de)信号，就(jiù)可以成为暗物(wù)质(zhì)所(suǒ)存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至(zhì)目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提(tí)供(gōng)的视野是哈勃(bó)红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键的用途(tú)就是(shì)探(tàn)索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭(shì)目(mù)以待了(le)。费米实验室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发(fā)现，如果暗物(wù)质存(cún)在，它们极(jí)有可能拥有(yǒu)另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一(yī)步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某个角落的行(xíng)星上，暗(àn)物质(zhì)正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些(xiē)推(tuī)论的大前提是要先找到(dào)暗物质存(cún)在的实(shí)际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得(dé)暗物(wù)质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持是我更(gèng)新(xīn)的动力！

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