宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会存在科(kē)学无法解(jiě)释的(de)“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又(yòu)究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科(kē)学(xué)家(jiā)们在(zài)过去的几十年(nián)当中(zhōng)进行了超过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何(hé)的有(yǒu)效证据。除(chú)了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动(dòng)的规(guī)律。往后的几百年来，当天文学家们(men)发现(xiàn)某些天体(tǐ)运行(xíng)轨道(dào)出(chū)现异常，不(bù)符合万有(yǒu)引力定律的时候(hòu)，他(tā)们就会知道，周围一定(dìng)有未知的(de)天(tiān)体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)所取得重大天(tiān)文成(chéng)就的例子(zi)。但(dàn)是这些发现(xiàn)都是(shì)在恒(héng)星系统(tǒng)的(de)尺(chǐ)度当中，可当我们上升(shēng)到星系(xì)或者(zhě)是星团的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发星系(xì)团的质量。这是(shì)一个由(yóu)数(shù)千(qiān)个星(xīng)系所组成(chéng)的(de)巨大星系团，这些星(xīng)系(xì)被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系(xì)团的(de)质量一般会(huì)使用到两(liǎng)种方(fāng)法，当两(liǎng)种方(fāng)法结(jié)果(guǒ)一(yī)致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第(dì)一种是获(huò)得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系(xì)的光度(dù)。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的各个星(xīng)系(xì)相对于星(xīng)系团的(de)运动速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的(de)质量消失(shī)了，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们(men)无法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基(jī)发(fā)现星(xīng)系团(tuán)中很多星(xīng)系的(de)速(sù)度比理(lǐ)论上要快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的(de)运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠(kào)这(zhè)些可见星系的质(zhì)量(liàng)所(suǒ)产(chǎn)生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系(xì)团内的，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出(chū)星系团之(zhī)外了，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗(àn)质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但(dàn)是它们却(què)占据着宇宙中绝(jué)大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对(duì)这样的(de)一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙(xiān)女座(zuò)星(xīng)系中的(de)恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距离(lí)中心越远的(de)恒(héng)星在其轨(guǐ)道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的结果(guǒ)却让人感到不可(kě)思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们(men)会(huì)使(shǐ)用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中(zhōng)心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异常的结果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的力量进(jìn)入其中。

于是科(kē)学家们(men)通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系(xì)中(zhōng)心更(gèng)远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第(dì)三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行速度(dù)应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于(yú)理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种向(xiàng)心加速(sù)度的原因很可能(néng)就是存(cún)在(zài)着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不(bù)到的(de)物质，是这些暗物质(zhì)的(de)引力效(xiào)应将星系(xì)聚(jù)集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究人员开始相(xiāng)信暗物(wù)质的存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星(xīng)系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一可(kě)以(yǐ)解释这个现(xiàn)象的原因。在一(yī)项新的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会(huì)出(chū)现速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了(le)一个反常的(de)星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数(shù)量却(què)只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗物(wù)质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发(fā)现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动是可以用正常的物(wù)质和力学定律来(lái)解释的。那么又有人提出，也(yě)许(xǔ)该(gāi)星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的(de)附近(jìn)没有(yǒu)任何星系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对(duì)引力的(de)理解还(hái)不(bù)够(gòu)全面，引力(lì)很可能(néng)在不同尺度(dù)空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度(dù)中的(de)天体会沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按照我们所理解的(de)方(fāng)式运动。但是上升(shēng)到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是(shì)不同的方式(shì)。对(duì)于在(zài)星系团(tuán)之间的(de)相互(hù)作用，科学家还(hái)引(yǐn)入了外部场效应的(de)概念，指的是(shì)在(zài)数百万光年的规模上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意(yì)味着我们需要(yào)对现在(zài)的物(wù)理(lǐ)定律进行修正，这些(xiē)发(fā)现也让很多(duō)人认(rèn)为暗物(wù)质假说(shuō)理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物(wù)质(zhì)存在的其他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星团(tuán)，它们(men)大(dà)部分(fēn)的普通质(zhì)量都在(zài)星系的(de)气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体的相互(hù)作用(yòng)就会导致温(wēn)度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星(xīng)系团大部分的质量将位于(yú)所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来验证它(tā)的(de)质量(liàng)区(qū)域到底是不是(shì)集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星系(xì)似(shì)乎被(bèi)拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些(xiē)星(xīng)系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们(men)地球上的观测(cè)者(zhě)之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大质量(liàng)的(de)东西的(de)引力，会(huì)使(shǐ)身后(hòu)更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个(gè)巨大(dà)的天(tiān)体(tǐ)可能是超(chāo)大(dà)质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当(dāng)人(rén)们对子弹(dàn)星系(xì)团观测的(de)时候，发(fā)现它的大质(zhì)量(liàng)区域并不是在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的(de)解(jiě)释方法(fǎ)就是当(dāng)星团(tuán)发(fā)生全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的质量气(qì)体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通(tōng)过了(le)这个区域，并在两边形成了引(yǐn)力(lì)透镜。对子(zi)弹星系团的引力(lì)透(tòu)镜(jìng)研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄(qì)今为止最好的(de)理论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最(zuì)古老(lǎo)的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可(kě)见光终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上(shàng)留下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度(dù)较(jiào)高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的(de)区域(yù)，但实际(jì)上它(tā)们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们(men)通过(guò)对前景背(bèi)景分离后(hòu)的二值图像(xiàng)进(jìn)行连(lián)通域提取和标记之后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形看(kàn)起来不应该是(shì)这(zhè)样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波(bō)背景(jǐng)辐射的(de)测量值，我(wǒ)们需要的(de)暗物质大约(yuē)是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数(shù)字与解释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是(shì)一致的(de)。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了一个简单(dān)的理论框架，就很好(hǎo)地解(jiě)释了很多不同的观测(cè)结果。而暗物质的(de)本质就是(shì)宇宙当中存(cún)在着(zhe)某种类型(xíng)的(de)粒子，它们不参(cān)与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力来相互作用。所以(yǐ)如果能(néng)够找到这种(zhǒng)粒子的存(cún)在(zài)，就(jiù)相(xiāng)当于找到(dào)了暗物质(zhì)存在的(de)实际证据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已(yǐ)经提(tí)出了数(shù)十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的(de)几十年当中，人(rén)类(lèi)为了寻找这些(xiē)看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不会(huì)与(yǔ)常规(guī)物(wù)质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实(shí)验，却没有(yǒu)任何实质性的发(fā)现，除了一(yī)个(gè)地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下(xià)矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地(dì)球上最大的地(dì)学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一(yī)直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学(xué)家声称观测(cè)到了(le)某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探(tàn)测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些(xiē)科(kē)学家认为(wèi)这(zhè)可能是人类发(fā)现暗物(wù)质(zhì)的(de)第(dì)一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周(zhōu)期性的(de)年(nián)度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河(hé)系进(jìn)行(xíng)移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存在(zài)宇宙当中，这意味着(zhe)我们也(yě)在以这样的速(sù)度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这个过程(chéng)中会产生相应的(de)振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年(nián)的时间，地球围绕(rào)太阳(yáng)的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是一(yī)致(zhì)的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地(dì)球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达到完全(quán)一致(zhì)，这是(shì)理论上地球穿(chuān)越暗(àn)物质流最(zuì)快的时(shí)段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好达(dá)到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银(yín)河系的平(píng)面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认(rèn)为这(zhè)可(kě)以用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当(dāng)然(rán)也可能(néng)有其他的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年度周期信号的(de)差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合这(zhè)个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立了一(yī)个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物(wù)质流的运动(dòng)特(tè)征和第(dì)一个实验室是(shì)一(yī)样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质(zhì)所存(cún)在(zài)的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还(hái)无法提供相应的数(shù)据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的(de)视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的用(yòng)途(tú)就是探索暗物(wù)质背后(hòu)的(de)奥(ào)秘，对于探测(cè)的(de)结果，我们只能拭(shì)目(mù)以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说是生(shēng)命进化(huà)的一(yī)个重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一理论得(dé)到(dào)进(jìn)一步的证实(shí)，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当中的暗物(wù)质(zhì)会不会(huì)意味(wèi)着(zhe)人(rén)类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)某个角落的(de)行星(xīng)上，暗物(wù)质正在通过(guò)这(zhè)样(yàng)的效应(yīng)创造生命。当然，这(zhè)些(xiē)推(tuī)论(lùn)的大前提(tí)是要(yào)先(xiān)找到(dào)暗物质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新的动力！

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