宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻(xún)找暗物质存在的(de)证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的(de)几百年(nián)来，当天文(wén)学家们(men)发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力(lì)定律(lǜ)的时候，他们(men)就会(huì)知(zhī)道，周围一定有未知的(de)天体通过引力在(zài)摄动(dòng)它的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天(tiān)王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王(wáng)星(xīng)的(de)发现都是应用(yòng)万有(yǒu)引力定律所(suǒ)取(qǔ)得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可(kě)当我们(men)上升到星系或者是星团的(de)尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星(xīng)系(xì)团(tuán)的质量。这是一个由数(shù)千个(gè)星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方(fāng)法结(jié)果一致，就可以确定其质量的(de)范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测(cè)量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力(lì)学质(zh每天男生会拉我到没人的位置，对象一到没人的地方就抱我ì)量的计(jì)算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于(yú)星(xīng)系团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了(le)，或者(zhě)说这99%的(de)质量(liàng)并不(bù)以可见(jiàn)光(guāng)的(de)形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上要快得多，按(àn)照(zhào)牛(niú)顿的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系(xì)团(tuán)内的，它们早就应该被(bèi)抛出星(xīng)系(xì)团之外(wài)了，除非(fēi)有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源(yuán)于(yú)某(mǒu)种隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它(tā)们(men)却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的(de)质量。只是当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾(gù)。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个词才(cái)再一次出(chū)现(xiàn)。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距(jù)离(lí)中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会(huì)越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒星(xīng)的(de)旋(xuán)转速度(dù)几乎保(bǎo)持不(bù)变(biàn)。可是根据(jù)牛(niú)顿(dùn)的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如(rú)果没有足够大的(de)质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用(yòng)一(yī)种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测(cè)量星系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的(de)距(jù)离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出(chū)现异(yì)常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是由暗物(wù)质的力量(liàng)进入(rù)其中(zhōng)。

于(yú)是科学(xué)家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距离(lí)的氢(qīng)元素，发现它们的(de)旋(xuán)转速度并不符合牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳(yáng)系(xì)位于银河(hé)系的第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围绕银河(hé)系旋转，这个实际(jì)速度远远(yuǎn)大(dà)于理论速度(dù)，那么(me)产生(shēng)以上这种向心加速(sù)度的原因很可(kě)能就是(shì)存在着一种我们(men)看不(bù)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(yě)是从这(zhè)时(shí)开始，越(yuè)来越多的研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨(guǐ)道的(de)速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整个星系质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一(yī)可以解释(shì)这个(gè)现(xiàn)象的(de)原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的(de)遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出现速度上的(de)微小差异(yì)。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银河系(xì)不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却(què)只有银(yín)河系的千分(fēn)之一。

所以(yǐ)在(zài)理论(lùn)上，该星系(xì)必(bì)须存在暗(àn)物质，否则就会分崩(bēng)离析(xī)。但是科学家(jiā)们(men)使用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可(kě)以用正常的(de)物质和(hé)力学定律来(lái)解释的(de)。那么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被(bèi)附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是(shì)，它的附(fù)近没有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的(de)除了暗物质的(de)假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可(kě)能就是人类对(duì)引力的(de)理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式(shì)是不(bù)同的(de)，这(zhè)意味着在行星(xīng)系尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按(àn)照(zhào)我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到(dào)星系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相互作(zuò)用则(zé)是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科(kē)学家还引(yǐn)入(rù)了外部场效(xiào)应的概念(niàn)，指的(de)是在数(shù)百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要对现(xiàn)在的物理定律进(jìn)行(xíng)修正，这些发(fā)现也让很多人认为(wèi)暗物质(zhì)假说理论就(jiù)此(cǐ)终结。但是在(zài)宇宙当中还(hái)有关于暗物质存(cún)在的其他的理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据，这(zhè)些理(lǐ)论证据(jù)是(shì)蒙德(dé)理论所没(méi)法解释的“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年的(de)子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团(tuán)，它们大(dà)部(bù)分的普通质量都在(zài)星系的(de)气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作(zuò)用就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧升高，速度(dù)大(dà)幅(fú)降(jiàng)低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质(zhì)量将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气(qì)体(tǐ)所在的(de)中间区(qū)域。那么(me)我们通过什么来验证它(tā)的(de)质量区域到(dào)底是(shì)不(bù)是(shì)集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全彩的(de)高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明(míng)显(每天男生会拉我到没人的位置，对象一到没人的地方就抱我xiǎn)地看到很多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸(shēn)产生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实这些(xiē)星系本身并不是真的(de)被(bèi)扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体(tǐ)和我们(men)地(dì)球上的(de)观(guān)测(cè)者(zhě)之(zhī)间。被一个质量超级巨大(dà)的(de)天体遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量的东(dōng)西(xī)的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都发生了(le)扭(niǔ)曲(qū)。这个现(xiàn)象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系团(tuán)观测的时(shí)候，发现它的大质量区域并不(bù)是在(zài)中间，而(ér)是在两(liǎng)侧(cè)。所(suǒ)以最好的解释方(fāng)法就是(shì)当星团发(fā)生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了(le)引力透(tòu)镜。对(duì)子弹星系团的(de)引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在(zài)的迄今(jīn)为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上留(liú)下了(le)各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的(de)部(bù)分(fēn)表示温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷的(de)区域，但实际(jì)上(shàng)它(tā)们之间的温(wēn)差只有万分(fēn)之一。

科学(xué)家们(men)通过对前(qián)景(jǐng)背景分离(lí)后的二值图像进行连通域提取和(hé)标记之后发现(xiàn)，如(rú)果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来(lái)不(bù)应该是这样(yàng)的，而随着暗物(wù)质的增加，一(yī)些峰值(zhí)的(de)幅(fú)度会(huì)减(jiǎn)小(xiǎo)，才(cái)变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测(cè)量值(zhí)，我们需要(yào)的(de)暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解(jiě)释星系当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了一(yī)个简单的理论(lùn)框架，就很好地解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的(de)粒(lì)子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒子的(de)存在(zài)，就相当(dāng)于找到了(le)暗物质存在(zài)的实(shí)际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而(ér)要寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要的(de)实验方式也不相同。在过去的(de)几十年(nián)当(dāng)中，人类为了寻(xún)找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与(yǔ)常规(guī)物质相互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科(kē)学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任(rèn)何实(shí)质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处(chù)的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地学(xué)实验(yàn)室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三(sān)层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻(xún)找暗(àn)物质粒(lì)子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多年的(de)数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年都是一(yī)样。一些(xiē)科(kē)学家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可(kě)能是人类发现暗物质(zhì)的(de)第一个(gè)直接证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期(qī)性(xìng)的年(nián)度信(xìn)号呢？刚才我们(men)讲了太阳(yáng)系正在(zài)以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕着银河系进(jìn)行移动，那么如(rú)果暗(àn)物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我(wǒ)们也在(zài)以这样的速度在(zài)穿越着(zhe)暗物(wù)质流，这(zhè)个过程(chéng)中会产生(shēng)相(xiāng)应的(de)振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的(de)速度(dù)围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的(de)时间，地球围绕(rào)太阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外(wài)半年则(zé)与(yǔ)之(zhī)相反(fǎn)。

而在(zài)6月(yuè)份(fèn)的时候，地球与太(tài)阳的(de)方向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)的情况中，太阳系相对(duì)银河系(xì)的(de)平面呈现了(le)60度(dù)的倾斜，但是这并(bìng)不(bù)影响(xiǎng)这(zhè)个(gè)理论的(de)有效(xiào)性(xìng)。

因此科学(xué)家(jiā)认为这(zhè)可(kě)以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可(kě)能有其他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大(dà)利(lì)游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半(bàn)球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实(shí)验室(shì)是一(yī)样(yàng)的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗(àn)物(wù)质所存(cún)在的非常有力的证据了(le)。但是由(yóu)于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视(shì)场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关(guān)键的(de)用途(tú)就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待(dài)了(le)。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化(huà)的一个重要因(yīn)素(sù)。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)的暗(àn)物质会不会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)某个角落的行星上，暗(àn)物质(zhì)正在通过这样的(de)效应创造(zào)生命。当然(rán)，这些推(tuī)论(lùn)的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存(cún)在的实际(jì)证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新(xīn)的动力(lì)！

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