宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何(hé)会存在科学(xué)无法解释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的(de)证据，科学家们在过去的几十年(nián)当中(zhōng)进行了超过50次的(de)长(zhǎng)期(qī)实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出(chū)版(bǎn)的自(zì)然哲学数(shù)学原理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表(biǎo)了(le)万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示了(le)宇宙中天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往(wǎng)后的(de)几百(bǎi)年来(lái)，当天(tiān)文学家们发现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异常，不(bù)符合万(wàn)有引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄(shè)动它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过(guò)天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的发现都(dōu)是应(yīng)用万有引力定律所取得重大天文成就(jiù)的(de)例子。但是这些发(fā)现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当(dāng)我们(men)上(shàng)升到星系或者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事(shì)情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研究和测量(liàng)后发星(xīng)系团(tuán)的质量(liàng)。这是(shì)一个由数(shù)千个(gè)星(xīng)系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方(fāng)法结果一(yī)致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的(de)数(shù)据是(shì)测量各个星(xīng)系(xì)的(de)光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测(cè)量(liàng)星系团中的(de)各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星系团有99%的(de)质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的(de)是，在测(cè)量速(sù)度的过程中，兹威基发(fā)现星系(xì)团中很(hěn)多星(xīng)系的(de)速(sù)度比理(lǐ)论上要快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系(xì)的质量所产生的引力是无(wú)法将它们(men)束缚在星系团内的(de)，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部分的质量(liàng)。只是(shì)当时的人(rén)们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才(cái)再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座(zuò)星系(xì)中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上(shàng)来(lái)说，距(jù)离中心越远的(de)恒星在其轨道上的(de)运行速(sù)度(dù)就会越慢(màn)。但(dàn)是他们(men)观测的结果却让人(rén)感到不(bù)可思(sī)议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根(gēn)据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大(dà)的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们(men)会使用(yòng)一(yī)种相(xiāng)对标准(zhǔn)的(de)方法(fǎ)来解释暗物(wù)质的存在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量(liàng)星(xīng)系当中气(qì)体在X轴上(shàng)距离星(xīng)系中心的距离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的结果，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科学(xué)家们(men)通过射电望远镜测(cè)量了距离星(xīng)系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不(bù)符合(hé)牛(niú)顿(dùn)的(de)力(lì)学定律。我们(men)的太(tài)阳(yáng)系也不例外，太阳(yáng)系位于银(yín)河(hé)系的第(dì)三(sān)悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有(yǒu)引力定律(lǜ)进(jìn)行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速度(dù)应该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际(jì)上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围绕银河(hé)系旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论(lùn)速(sù)度(dù)，那(nà)么产(chǎn)生以上(shàng)这种(zhǒng)向心加(jiā)速(sù)度(dù)的(de)原(yuán)因很可(kě)能就是存在着(zhe)一种我(wǒ)们看不到的(de)物(wù)质，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相信暗物质(zhì)的(de)存(cún)在。科学家根(gēn)据星系外(wài)恒星轨道的(de)速度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗(àn)物(wù)质并不是唯一可以解(jiě)释(shì)这个现象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学(xué)家们发(fā)现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力(lì)效应的(de)遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异(yì)。另外，天文学(xué)家还发(fā)现了一个反(fǎn)常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不(bù)多，但是星系当中存(cún)在的恒星(xīng)数量却(què)只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须存在暗物(wù)质(zhì)，否则就(jiù)会分崩(bēng)离(lí)析。但是(shì)科学家(jiā)们使用最先进的望远镜(jìng)对其(qí)进行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用(yòng)正常(cháng)的物质和(hé)力学定(dìng)律来解释的。那(nà)么又(yòu)有人提出，也许该星系(xì)的暗(àn)物(wù)质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附(fù)近没有任何星(xīng)系存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的(de)假说之外(wài)，另一(yī)种可能就是人类(lèi)对(duì)引力的理解还不够全面，引力很可能(néng)在不(bù)同(tóng)尺度空间中的工作方式是(shì)不(bù)同的，这意味着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着(zhe)它(tā)们的(de)轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式(shì)运动。但(dàn)是(shì)上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的相互作用则是不同的(de)方式。对于在星(xīng)系团(tuán)之间的相互(hù)作(zuò)用，科学(xué)家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会(huì)产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的(de)效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德(dé)理论成(chéng)立，这意味(wèi)着(zhe)我们(men)需要对(duì)现(xiàn)在的物(wù)理定律进行(xíng)修正(zhèng)，这(zhè)些(xiē)发现也让很多(duō)人认为暗物(wù)质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物(wù)质存在(zài)的其(qí)他的理论证据，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这(zhè)样的星团(tuán)，它们大部分(fēn)的普通质(zhì)量(liàng)都在星系的气我国最穷的5个城市，哪一个省最穷体当中。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际气体的相互(hù)作用(yòng)就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子(zi)弹星系(xì)团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体所在(zài)的中间(jiān)区域。那么我们通过什么来验证它的(de)质量区(qū)域到底是不(bù)是集(jí)中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清(qīng)照片(piàn)，在照片中我们(men)可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了(le)巨大(dà)的形变(biàn)。其实这些(xiē)星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯(bó)望远镜出了(le)什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大(dà)质量的(de)东西的引力，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系(xì)的(de)光都(dōu)发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹星系团(tuán)观测的时(shí)候，发现它的大质量(liàng)区域并(bìng)不是在中(zhōng)间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释(shì)方法就(jiù)是(shì)当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观(guān)测(cè)到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接(jiē)通过(guò)了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的(de)引(yǐn)力透(tòu)镜研(yán)究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年(nián)之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留(liú)下了各相同性的(de)微(wēi)波辐射。其(qí)中红色的部分表示温(wēn)度较高(gāo)的区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的区域(yù)，但实际上(shàng)它们(men)之间(jiān)的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通(tōng)过(guò)对前景背(bèi)景分离(lí)后的二值图(tú)像进行连通(tōng)域提(tí)取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙微波背(bèi)景辐(fú)射(shè)的测量值，我们需要的暗物(wù)质大约(yuē)是普通(tōng)物质的(de)5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解(jiě)释星系当中恒星运动所(suǒ)需要(yào)的暗物质(zhì)比例是(shì)一致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的(de)理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地解释了(le)很(hěn)多(duō)不(bù)同(tóng)的观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某种类型的(de)粒子，它们(men)不参与(yǔ)任何其他的电(diàn)我国最穷的5个城市，哪一个省最穷磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么(me)？科学家们已(yǐ)经(jīng)提(tí)出了(le)数十种的假想目(mù)标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不同的(de)目(mù)标粒子所(suǒ)需(xū)要(yào)的实验方式(shì)也不相(xiāng)同。在过去的(de)几十年当(dāng)中，人类(lèi)为了(le)寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次(cì)的实验(yàn)，却没有任(rèn)何实质性(xìng)的发(fā)现，除了一个地(dì)方，意大利(lì)的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高(gāo)的(de)探(tàn)测(cè)器，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的(de)周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多年(nián)的(de)数据收集(jí)，人们发现了(le)一个(gè)有趣(qù)的事(shì)情。探(tàn)测率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且(qiě)在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科(kē)学家认为这可能是(shì)人(rén)类发现暗(àn)物质的(de)第(dì)一个(gè)直接证(zhèng)据(jù)。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银(yín)河系(xì)进行(xíng)移(yí)动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这(zhè)个过程中(zhōng)会产(chǎn)生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银(yín)河系(xì)的方向是一致的(de)，而另外(wài)半年则(zé)与之相反。

而在(zài)6月(yuè)份(fèn)的(de)时候(hòu)，地球(qiú)与太(tài)阳的方(fāng)向正好(hǎo)达到(dào)完全一(yī)致，这是理论(lùn)上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管(guǎn)在(zài)实际的(de)情况中(zhōng)，太(tài)阳(yáng)系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这(zhè)可(kě)以用来解释，研究人员们所观测(cè)到的(de)周期(qī)性信号。当(dāng)然也(yě)可能有其他的(de)情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的(de)数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里的(de)季节(jié)与之(zhī)前的实验(yàn)室正好相反(fǎn)，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运(yùn)动(dòng)特征和第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为(wèi)暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据(jù)了。但是(shì)由(yóu)于这(zhè)个(gè)实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前(qián)还无法提供相应的(de)数据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的望远镜，这台(tái)太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪(yí)器提供的(de)视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中一个(gè)关键的用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探(tàn)测的结(jié)果(guǒ)，我们(men)只能拭目以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中(zhōng)心(xīn)的(de)科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们(men)极(jí)有可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的(de)效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一(yī)个(gè)重要因素(sù)。

如果(guǒ)这一(yī)理(lǐ)论得到(dào)进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星(xīng)上，暗(àn)物质正在(zài)通(tōng)过这(zhè)样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力！

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