宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存(cún)在(zài)科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过去的几十年(nián)当中进行了(le)超过50次的长期(qī)实验，但是(shì)却(què)没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的(de)自(zì)然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的规(guī)律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出(chū)现(xiàn)异(yì)常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们就会知道(dào)，周围一(yī)定(dìng)有未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天(tiān)王星运(yùn)行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力(lì)定律(lǜ)所取得(dé)重大(dà)天文成就的例子。但是这些(xiē)发(fā)现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研(yán)究和测量后发星系团的(de)质量。这是一(yī)个由数千个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这些星系(xì)被引力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量(liàng)星系团的质(zhì)量一般会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其(qí)"光度学(xué)的质量"，需(xū)要(yào)的(de)数据是测(cè)量各个星系的光度(dù)。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系(xì)团中的(de)各个星系相对于星(xīng)系(xì)团的运动速(sù)度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质(zhì)量并不(bù)以(yǐ)可见光的形(xíng)式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现星系团(tuán)中(zhōng)很多星系的速度比(bǐ)理论(lùn)上(shàng)要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产生的引力是(shì)无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用(yòng)，这种力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们(men)却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大部分的(de)质量(liàng)。只是当时的(de)人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才(cái)再一次出(chū)现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在(zài)观(guān)测(cè)仙女座星系中的(de)恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但是(shì)他(tā)们观(guān)测的结果(guǒ)却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律，在星系(xì)当中如果没有足够大的质量来吸引它(tā)们(men)，这些(xiē)外(wài)围(wéi)的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科(kē)学家们会(huì)使用(yòng)一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速(sù)度。如果出现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗(àn)物质(zhì)的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通(tōng)过射电望(wàng)远镜测量了距离星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速(sù)度并不符合牛顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也不(bù)例外(wài)，太阳系(xì)位(wèi)于银(yín)河系的第三悬臂(bì)之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系(xì)的运行速(sù)度应该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加速度的原(yuán)因(yīn)很可能就是存在着(zhe)一种我们看(kàn)不到的物(wù)质，是这些暗(àn)物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究(jiū)人员开(kāi)始相(xiāng)信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的(de)速度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量的(de)85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯(wéi)一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一(yī)项(xiàng)新(xīn)的研究当中(zhōng)，科学(xué)家们发(fā)现，几乎(hū)没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还(hái)发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大小和(hé)银河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一(yī)。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗(àn)物(wù)质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科(kē)学(xué)家们(men)使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小时的(de)详细(xì)测量之后(hòu)，发现星系中的恒星(xīng)运动是(shì)可以用正常的(de)物质和力学定律(lǜ)来(lái)解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成这(zhè)些现象的除了(le)暗物(wù)质(zhì)的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引力(lì)的理解还不(bù)够(gòu)全面，引力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度(dù)空间(jiān)中(zhōng)的工作(zuò)方式(shì)是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度(dù)中(zhōng)的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照(zhào)我们(men)所理解(jiě)的(de)方(fāng)式(shì)运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系(xì)和(hé)星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用(yòng)，科学(xué)家还引入(rù)了(le)外(wài)部场效应的概(gài)念，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光年的规模上，巨(jù)大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修正(zhèng)，这(zhè)些发现也(yě)让很(hěn)多人认为暗物(wù)质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系(xì)团所组成，类似(shì)这(zhè)样的星团，它们(men)大部分的普(pǔ)通质量都在星系的(de)气(qì)体(tǐ)当中。当(dāng)星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的(de)相互(hù)作用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速(sù)度(dù)大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的(de)质(zhì)量将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气(qì)体所在的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通(tōng)过什么来验证(zhèng)它的质量区(qū)域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)第(dì)一张全彩的高清照片，在照(zhào)片(piàn)中我(wǒ)们可以明显地(dì)看(kàn)到很多星系似(shì)乎被拉伸(shēn)产生了巨大的(de)形(xíng)变。其(qí)实这(zhè)些星(xīng)系(xì)本(běn)身并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题(tí)，而是这样(yàng)极(jí)遥远的天(tiān)体和我们(men)地球上的观(guān)测者之间。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨大的(de)天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质量(liàng)的(de)黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区(qū)域(yù)并(bìng)不是(shì)在(zài)中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在(zài)了中间(jiān)，暗物(wù)质则(zé)直接通过了这个(gè)区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究(jiū)也(yě)被(bèi)认为(wèi)是暗物质存在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还(hái)有来自(zì)宇宙(zhòu)当中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下了各(gè)相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高的区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间(jiān)的温差(chà)只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景(jǐng)分离后的(de)二(èr)值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没(méi)有暗(àn)物质，图(tú)形看起(qǐ)来不应(yīng)该是这样的，而随(suí)着(zhe)暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配退位减法是什么意思请解释一下，20以内退位减法是什么意思宇宙微波背景辐射(shè)的(de)测量(liàng)值(zhí)，我们需要的暗物(wù)质(zhì)大约是普通物质(zhì)的(de)5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论(lùn)框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观测(cè)结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的(de)粒子，它(tā)们不(bù)参(cān)与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互(hù)作(zuò)用。所以如(rú)果能够找到这种粒子的(de)存在(zài)，就相当于(yú)找到了(le)暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要(yào)的实验方式(shì)也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与常规(guī)物(wù)质相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)的“暗(àn)物(wù)质(zhì)”，科(kē)学家们已经进行了(le)超过50次的(de)实验(yàn)，却没有(yǒu)任何(hé)实质性的(de)发现，除了一个地方(fāng)，意大利(lì)的(de)格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿(kuàng)井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上最(zuì)大(dà)的地学实验室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年(nián)的数据收(shōu)集(jí)，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在(zài)20年(nián)当中每(měi)年都(dōu)是一样(yàng)。一(yī)些科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么(me)暗(àn)物质会产生(shēng)周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我们也(yě)在以这样(yàng)的速(sù)度在穿越着(zhe)暗物质流，这个(gè)过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋(xuán)转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳(yáng)环(huán)绕(rào)银河系的方向是一致(zhì)的，而(ér)另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达(dá)到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的(de)情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对(duì)银(yín)河系的平(píng)面(miàn)呈现(xiàn)了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以用(yòng)来解(jiě)释，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周期(qī)信号(hào)的差异(yì)也(yě)可能是(shì)温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也(yě)符合(hé)这个周期的(de)规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的(de)季节与(yǔ)之前(qián)的(de)实验(yàn)室正(zhèng)好相(xiāng)反(fǎn)，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的(de)运动特征和第一(yī)个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同的(de)信(xìn)号，就可以成为暗物质所(suǒ)存(cún)在的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据(jù)了。但是由(yóu)于这个实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成(chéng)不(bù)久，所以截至目前(qián)还无法提供相应(yīng)的数(shù)据支持(chí)。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一台新的望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中一个关键的用途(tú)就是探索暗(àn)物质背后的奥秘(mì)，对(duì)于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发现，如果暗(àn)物(wù)质(zhì)存在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或(huò)者说是(shì)生命进化(huà)的(de)一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一(yī)步(bù)的证实(shí)，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意(yì)味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个(gè)角落(luò)的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的(de)效应创造(zào)生命(mìng)。当然，这些(xiē)推论(lùn)的(de)大(dà)前提(tí)是(shì)要(yào)先找到暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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