宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的(de)？为(wèi)何会(huì)存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人(rén)类为了(le)寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过去的几十年当中进行了超过50次(cì)的长期实(shí)验，但是却没有(yǒu)发(fā)现任何的有效证(zhèng)据(jù)。除了一个地(dì)方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的(de)规(guī)律。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当天文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常(cháng)，不(bù)符合(hé)万有引力(lì)定律(lǜ)的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知(zhī)的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过天(tiān)王星(xīng)运(yùn)行轨道的(de)异(yì)常，推算并且发(fā)现了海(hǎi)王星的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引力(lì)定律所取得重(zhòng)大天文成(chéng)就的(de)例子。但是这(zhè)些(xiē)发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们(men)上(shàng)升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测(cè)量(liàng)后发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个星系(xì)所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被(bèi)引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用到两种方(fāng)法，当两种方法结(jié)果一(yī)致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数(shù)据(jù)是(shì)测量(liàng)各(gè)个星(xīng)系的光度。

第二种是动(dòng)力学(xué)质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中的各个(gè)星系相对于星(xīng)系团(tuán)的(de)运动速度。当测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座星(xīng)系团有99%的(de)质量消失(shī)了，或者说(shuō)这99%的质量并不以(yǐ)可见光的(de)形式所存在(zài)，我们(men)无法看到。最诡异的(de)是，在(zài)测(cè)量速度的过程中，兹(zī)威(wēi)基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论上要快得多(duō)，按(àn)照牛(niú)顿的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是无法将(jiāng)它们束缚(fù)在星系团内的，它(tā)们早(zǎo)就应该被抛出星系(xì)团之外(wài)了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维(wéi)基(jī)提出了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大(dà)部分(fēn)的质量。只是(shì)当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词(cí)才(cái)再一次出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上(shàng)来(lái)说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢(màn)。但是(shì)他们观测的结果却让人(rén)感到不可(kě)思议。

随着与中心(xīn)距离的(de)增加，恒星的(de)旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根据牛(niú)顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)，在(zài)星系当中如果没(méi)有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外围的(de)恒(héng)星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一种相对标准的(de)方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就是测量星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距离(lí)星系中心的(de)距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如(rú)果出(chū)现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就认为(wèi)是(shì)由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科(kē)学家(jiā)们(men)通(tōng)过射(shè)电望远(yuǎn)镜测(cè)量了距离(lí)星系(xì)中(zhōng)心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋(xuán)转速度并不(bù)符合(hé)牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银河系(xì)旋转，这个实(shí)际(jì)速度远远大于理论(lùn)速度，那么(me)产生(shēng)以上(shàng)这种向心加(jiā)速度的原因很可(kě)能(néng)就是存(cún)在(zài)着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将(jiāng)星系(xì)聚集在了一起。

也(yě)是(shì)从(cóng)这(zhè)时开始，越(yuè)来越多(duō)的研究人员开始相信暗(àn)物质的(de)存(cún)在。科学家根据(jù)星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质(zhì)的质量占整个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这(zhè)个现象的(de)原因(yīn)。在一项新的研究当(dāng)中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力(lì)效(xiào)应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的(de)微小差异。另(lìng)外(wài)，天文学家还发(fā)现(xiàn)了一个反常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河(hé)系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河系的(de)千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗(àn)物(wù)质，否则就会分崩(bēng)离析(xī)。但是(shì)科学家(jiā)们使用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的(de)物质和力学(xué)定(dìng)律来解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇(qí)怪的(de)是，它的附近(jìn)没有任何星系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就是人类对(duì)引(yǐn)力的理解还不够全面，引(yǐn)力(lì)很可(kě)能在不同尺度(dù)空间(jiān)中的工作方式是不同的(de)，这意(yì)味着在(zài)行星系(xì)尺度中的天体会沿着(zhe)它(tā)们的轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和(hé)星(xīng)团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在(zài)星系团之(zhī)间的相互作用，科学家(jiā)还引入了(le)外部场效应(yīng)的(de)概念，指的是在(zài)数百(bǎi)万光年(nián)的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这意(yì)味着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很多(duō)人认为暗(àn)物质(zhì)假说理论就(jiù)此终结(jié)。但是在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关于暗(àn)物质存在(zài)的其他的(de)理论证据，这些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙(méng)德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿(yì)光年的(de)子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似(shì)这样的星团，它(tā)们(men)大(dà)部(bù)分的普通质(zhì)量都在星(xīng)系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的(de)时候(hòu)，星际气体的(de)相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我们(men)通过什(shén)么来验证它的(de)质量区(qū)域到底是不是集(jí)中在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地(dì)看到很(hěn)多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不(bù)是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观(guān)测者之间。被一个质量(liàng)超级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质量(liàng)的东(dōng)西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的(de)天体(tǐ)可能(néng)是(shì)超大质(zhì)量的黑洞或(huò)者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域(yù)并不是在中间(jiān)，而是(shì)在(zài)两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团(tuán)发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过了这个区域，并在(zài)两边形(xíng)成了(le)引力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系(xì)团的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这(zhè)些(xiē)光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度较高(gāo)的(de)区(qū)域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区(qū)域(yù)，但实(shí)际上它们之间(j81的算术平方根是多少，81的算术平方根计算过程iān)的温差只(zhǐ)有万(wàn)分(fēn)之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通(tōng)域提(tí)取和标(biāo)记(jì)之后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当(dāng)中没有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随(suí)着暗物(wù)质的(de)增加，一(yī)些(xiē)峰(fēng)值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微(wēi)波(bō)背景辐射的(de)测(cè)量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数字与解(jiě)释(shì)星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了(le)一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很81的算术平方根是多少，81的算术平方根计算过程(hěn)多不同的观测(cè)结(jié)果。而暗物质(zhì)的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子(zi)，它(tā)们不参与任何(hé)其他(tā)的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这(zhè)种粒(lì)子的存在(zài)，就相(xiāng)当(dāng)于找到了暗(àn)物质存在的(de)实际证据。这(zhè)种粒子到底是什(shén)么？科学家们(men)已经提出了(le)数十(shí)种的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻(xún)找这些不同的目(mù)标粒子(zi)所需要的实验方式(shì)也不相同(tóng)。在过(guò)去的几十(shí)年当中，人类为了(le)寻找这些看(kàn)不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与常规(guī)物质相互作用的“暗物(wù)质”，科(kē)学家们(men)已经进(jìn)行了(le)超过50次的实验(yàn)，却(què)没(méi)有任何(hé)实质(zhì)性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶(lì)属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上(shàng)最(zuì)大的地(dì)学实验室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直(zhí)致力于寻找暗(àn)物(wù)质(zhì)粒子的(de)周期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的科(kē)学家声称(chēng)观(guān)测到(dào)了某种信号(hào)。经过了20多年(nián)的数(shù)据收集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到(dào)峰值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且(qiě)在20年当中每年(nián)都是一样(yàng)。一些科学(xué)家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期(qī)性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了(le)太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质(zhì)存(cún)在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这个过(guò)程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半年的(de)时间，地球围绕太(tài)阳的方向(xiàng)与太(tài)阳(yáng)环绕银河系的方向是(shì)一致(zhì)的，而(ér)另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地球与太(tài)阳的(de)方向正好(hǎo)达到(dào)完全一(yī)致，这(zhè)是(shì)理论上地(dì)球穿(chuān)越(yuè)暗物质(zhì)流最快(kuài)的时(shí)段。而在11月份，又恰好达(dá)到(dào)了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河(hé)系的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不影(yǐng)响这(zhè)个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为这可以用来解释，研(yán)究人员们所观测到的(de)周(zhōu)期性信号(hào)。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这种年度周(zhōu)期信号(hào)的差异也可(kě)能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤中的(de)水分(fēn)、高山上的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意(yì)大利游客的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们(men)又(yòu)在南半球(qiú)建立了(le)一个几(jǐ)乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与之前的实(shí)验室正好相反(fǎn)，而在(zài)这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和(hé)第一个实验室是一样(yàng)的(de)。

因(yīn)此，如果在这里(lǐ)可以得到(dào)相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所存在(zài)的非常(cháng)有力的证据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无(wú)法提供相应的数据支持(chí)。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯(sī)罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其中一个(gè)关键的(de)用(yòng)途(tú)就是探索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘(mì)，对于探(tàn)测(cè)的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室(shì)粒(lì)子天体(tǐ)物理中心的科学家(jiā)丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如(rú)果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的一个重要(yào)因素(sù)。

如果这一理论得到(dào)进(jìn)一步的证(zhèng)实(shí)，那么遍(biàn)布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物质(zhì)会不会意味着人类(lèi)并不(bù)孤单(dān)呢(ne)？或(huò)许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个(gè)角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗物质(zhì)存(cún)在的实(shí)际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗(àn)物(wù)质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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