宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造(zào)”的？为(wèi)何会存(cún)在科学无(wú)法解释的“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是(shì)什么？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物质存在的(de)证(zhèng)据，科(kē)学(xué)家们在(zài)过去(qù)的几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中(zhōng)进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没有发现任(rèn)何(hé)的有效证据。除了(le)一个(gè)地(dì)方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原(yuán)理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表了万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨道出现(xiàn)异常，不符(fú)合万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通(tōng)过(guò)天王(wáng)星运行(xíng)轨道(dào)的异常，推算并且发(fā)现了海王(wáng)星的(de)存在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的(de)发现都是应用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得(dé)重(zhòng)大天文成就的(de)例(lì)子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可当我们(men)上升到(dào)星(xīng)系或(huò)者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基(jī)正在(zài)研究和(hé)测量(liàng)后发星系团的质量(liàng)。这是(shì)一个由数千(qiān)个(gè)星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系(xì)团(tuán)的质量一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结果一(yī)致，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种是获(huò)得其"光度(dù)学(xué)的(de)质量"，需要(yào)的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各(gè)个星系(xì)相对于星系(xì)团(tuán)的(de)运(yùn)动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是“光度(dù)学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的(de)质量消(xiāo)失了(le)，或者说这(zhè)99%的(de)质量并不(bù)以(yǐ)可见光的形式所存(cún)在，我(wǒ)们无(wú)法看(kàn)到。最诡异的是，在(zài)测量(liàng)速(sù)度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星(xīng)系团中很(hěn)多星系的速(sù)度(dù)比理论上(shàng)要快(kuài)得(dé)多，按照牛(niú)顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产(chǎn)生的(de)引力(lì)是无(wú)法将它们(men)束(shù)缚在(zài)星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出(chū)星系团(tuán)之外了，除(chú)非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分(fēn)不(bù)可见的(de)暗(àn)质(zhì)，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大部分(fēn)的质(zhì)量(liàng)。只(zhǐ)是(shì)当时(shí)的人们对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词(cí)才再一(yī)次(cì)出(chū)现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福(fú)特在观测仙(xiān)女座星(xīng)系中的(de)恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒星(xīng)在(zài)其轨道上(shàng)的运(yùn)行速度(dù)就(jiù)会越慢(màn)。但是他们观(guān)测的结果却让人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持(chí)不变。可(kě)是根据(jù)牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来(lái)吸引它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会(huì)使用一(yī)种(zhǒng)相对标准的方法来解释(shì)暗(àn)物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转速度。如果出现(xiàn)异常的(de)结果(guǒ)，就认为是由暗物(wù)质(zhì)的力量进(jìn)入其(qí)中。

于是科(kē)学家(jiā)们通过射电望(wàng)远镜测(cè)量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它(tā)们(men)的旋(xuán)转速度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们的太阳系(xì)也(yě)不例(lì)外，太阳系位于(yú)银(yín)河(hé)系的第(dì)三悬臂之上，距离(lí)银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速(sù)度(dù)远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就是存在(zài)着一种我们看不到(dào)的物质，是(shì)这些(xiē)暗物质的引力(lì)效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的(de)研究人员开始相信(xìn)暗物质的(de)存在。科学(xué)家根(gēn)据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质(zhì)量(liàng)占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解(jiě)释这(zhè)个(gè)现(xiàn)象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学(xué)家(jiā)们发(fā)现，几乎没有引力效应的(de)遥远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出现速度上的微(wēi)小差异(yì)。另外，天(tiān)文学家还发(fā)现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河(hé)系不多，但是星系(xì)当中存(cún)在的恒星数(shù)量却(què)只有(yǒu)银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是(shì)科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小时的(de)详细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系(xì)中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一(yī)个大(dà)星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是(shì)人类对引力的理解还(hái)不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方(fāng)式是不(bù)同的(de)，这意味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿着它们(men)的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是上升到星系和星团(tuán)的(de)尺度，引力之间的(de)相(xiāng)互(hù)作用则是不同的方式(shì)。对于在(zài)星(xīng)系团之(zhī)间的相互作(zuò)用，科学家(jiā)还引入了外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光年的规(guī)模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在(zài)的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结(jié)。但(dàn)是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存(cún)在的其他的(de)理论(lùn)证据，这些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样的星团，它们大部分的(de)普通质量都在星(xīng)系(xì)的气体当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的(de)时(shí)候(hòu)，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会导致(zhì)温度(dù)的(de)急(jí)剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团大部(bù)分的质量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么(me)我(wǒ)们通过什么来(lái)验证它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在(zài)照片中我们(men)可以明显(xiǎn)地看到(dào)很(hěn)多(duō)星系似乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一个质量(liàng)超级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质(zhì)量(liàng)的(de)东西(xī)的引力，会(huì)使身(shēn)后更遥远星系的(de)光(guāng)都发生了扭曲。这(zhè)个(gè)现象(xiàng)就是(shì)引力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对子(zi)弹(dàn)星系团观测的(de)时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好(hǎo)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(kǎ)在(zài)了(le)中(zhōng)间，暗(àn)物质则直接(jiē)通过了这个(gè)区(qū)域，并(bìng)在两边形成了(le)引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的(de)迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年(nián)之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了(le)。经过(guò)了130多亿(yì)年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景(jǐng)上留(liú)下了各(gè)相同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们(men)之间的温差(chà)只有万分之一。

科学家们通过(guò)对(duì)前(qián)景背景分离后的二值图像进(jìn)行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有暗物质(zhì)，图(tú)形看(kàn)起(qǐ)来不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐(fú)射的测量值，我们需要(yào)的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗(àn)物(wù)质比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一(yī)个简单的(de)理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地(dì)解释(shì)了很(hěn)多不(bù)同的观测(cè)结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存(cún)在(733是什么意思zài)着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何其他(tā)的电磁作用(yòng)，只通过引力来相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)。所以如(rú)果能够找到这种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经提出(chū)了数(shù)十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方(fāng)式也(yě)不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会(huì)与常规物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科学家们(men)已经(jīng)进行了超过(guò)50次的实验，却没有任何实质性的发现，除(chú)了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地(dì)球(qiú)上最大(dà)的地学实(shí)验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测率会在每(měi)年(nián)的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一(yī)样。一些科学家认为这可能是人类发(fā)现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个(gè)直(zhí)接证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质(zhì)会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才(733是什么意思cái)我们(men)讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银河系(xì)进行移动，那么如(rú)果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的(de)速度在穿(chuān)越着(zhe)暗(àn)物质流，这(zhè)个过程中会(huì)产生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公(gōng)里/秒的(de)速度(dù)围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方向是一致(zhì)的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到完(wán)全一(yī)致，这是理论上地球穿越(yuè)暗(àn)物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到(dào)了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响(xiǎng)这个(gè)理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解释，研究人员们(men)所(suǒ)观测到的周期性信号。当然(rán)也可(kě)能有其他的情况(kuàng)，造(zào)成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也(yě)可(kě)能是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家(jiā)们又在南(nán)半球建立了一个几乎相同的(de)实验室，这里的季节与之(zhī)前的(de)实验(yàn)室正好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地(dì)球(qiú)穿过暗(àn)物(wù)质(zhì)流的运动(dòng)特征和第一个(gè)实(shí)验室是一(yī)样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的(de)信号，就(jiù)可以成(chéng)为(wèi)暗物质所存(cún)在的非常(cháng)有力的(de)证据了。但是由于这个实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至(zhì)目前(qián)还无法(fǎ)提供(gōng)相应的数据(jù)支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红(hóng)733是什么意思外仪(yí)器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的用(yòng)途就是(shì)探索暗物质(zhì)背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭(shì)目以(yǐ)待了(le)。费米实(shí)验(yàn)室(shì)粒子(zi)天体物理中心的(de)科学家丹(dān)琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘(mì)的(de)效应(yīng)，这种(zhǒng)暗(àn)物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重要(yào)因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论(lùn)得到进一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗(àn)物质(zhì)会不会(huì)意味着人类(lèi)并(bìng)不孤(gū)单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行星(xīng)上，暗物质正在(zài)通过这样(yàng)的(de)效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在的实际证据。那么(me)小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得暗(àn)物质到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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