宇宙是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会(huì)存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物质(zhì)存在的(de)证据，科学家们在(zài)过去(qù)的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发(fā)现任何的有效证(zhèng)据。除了一(yī)个地方，在(zài)1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家们(men)发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道(dào)出现(xiàn)异(yì)常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄(shè)动(dòng)它的(de)轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天(tiān)王星运行轨道(dào)的异常，推(tuī)算(suàn)并(bìng)且发(fā)现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律所(suǒ)取得重大天文(wén)成就(jiù)的例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系(xì)或者(zhě)是星团(tuán)的尺度(dù)，事情就(jiù)开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研(yán)究和测量(liàng)后发(fā)星系团的质量。这是一个(gè)由数千个星(xīng)系所组成(chéng)的(de)巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量一般(bān)会使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种方法结果一致(zhì)没事吃点护肝片好不好，女人吃护肝片的好处，就可以确定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度学(xué)的(de)质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移(yí)测量星系(xì)团中的各个(gè)星(xīng)系(xì)相对于星系团的运动速度。当测(cè)量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的质量消失了(le)，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量并不以可见光(guāng)的形(xíng)式(shì)所存在(zài)，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速(sù)度(dù)的(de)过程中(zhōng)，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的速度比理论上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星(xīng)系的质(zhì)量所产生的引力(lì)是无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它们(men)早(zǎo)就应该被(bèi)抛出星系团(tuán)之外了，除非(fēi)有一种神秘(mì)的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了这样部分(fēn)不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不发散(sàn)光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部分的(de)质(zhì)量。只是(shì)当时的(de)人们对(duì)这样的一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才再一(yī)次出(chū)现。天文(wén)学家维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨道上的运行速度(dù)就(jiù)会越慢。但是他们(men)观测的(de)结果却让人感到(dào)不(bù)可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离的增加(jiā)，恒星的旋转速(sù)度几乎(hū)保持(chí)不变(biàn)。可是根据(jù)牛(niú)顿的(de)万有引力定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足(zú)够大的(de)质(zhì)量(liàng)来(lái)吸(xī)引它们，这些外围的恒(héng)星早(zǎo)就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用一(yī)种相对标准的方法来解释暗物质的(de)存在，这种方法就是(shì)测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离(lí)星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就(jiù)认(rèn)为(wèi)是由暗物质的力量进(jìn)入(rù)其中。

于是科学家(jiā)们(men)通过射电望(wàng)远镜测(cè)量(liàng)了距离(lí)星系(xì)中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速(sù)度并不符合(hé)牛顿(dùn)的力学定律。我们(men)的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河(hé)系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力(lì)定(dìng)律进(jìn)行(xíng)计(jì)算，太阳系的运行(xíng)速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕银河(hé)系(xì)旋转，这个实际速度(dù)远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因(yīn)很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到(dào)的物(wù)质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从这时(shí)开始(shǐ)，越来越多的研究人(rén)员开始相信(xìn)暗物质(zhì)的存(cún)在(zài)。科学(xué)家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算(suàn)在星系当(dāng)中暗物质的质(zhì)量占整个星(xīng)系(xì)质(zhì)量的(de)85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的(de)原因。在一(yī)项新的研究(jiū)当中，科学(xué)家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间(jiān)，也会出(chū)现速度上的微小差(chà)异。另外，天文(wén)学家还发现了一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但(dàn)是科学(xué)家们(men)使用最先进的(de)望远镜(jìng)对其进行了(le)40个小(xiǎo)时(shí)的(de)详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星(xīng)运动是(shì)可以用正常的(de)物(wù)质和力(lì)学定律来解(jiě)释(shì)的。那(nà)么又有(yǒu)人提出(chū)，也许该星系(xì)的暗(àn)物质(zhì)，已经被附(fù)近的(de)另一(yī)个大星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能(néng)就是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方(fāng)式是不同的，这(zhè)意(yì)味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿(yán)着它们的(de)轨道(dào)，按照我们所理(lǐ)解(jiě)的(de)方式运(yùn)动。但是(shì)上升(shēng)到星(xīng)系和星团的(de)尺度(dù)，引力(lì)之间的相互(hù)作用则是不(bù)同(tóng)的方式。对于在星系团之间(jiān)的相(xiāng)互(hù)作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应(yīng)的概念，指的(de)是在数百万(wàn)光年的(de)规(guī)模上，巨大的(de)质(zhì)量之(zhī)间会产生对彼此特殊的(de)效果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成(chéng)立，这意味着我们需要(yào)对现在的物理定(dìng)律进(jìn)行修正，这(zhè)些发现也让(ràng)很多(duō)人认为暗物(wù)质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗(àn)物质存在的其他的(de)理论证(zhèng)据，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德(dé)理论所没(méi)法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样(yàng)的星团(tuán)，它们大(dà)部(bù)分的普通质量都在星系的(de)气体(tǐ)当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时(shí)发(fā)生碰撞的时候(hòu)，星际气(qì)体(tǐ)的(de)相互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体(tǐ)所在(zài)的中间区域。那么我们通过(guò)什么(me)来验证(zhèng)它的质量(liàng)区域(yù)到底是不是集中(zhōng)在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在(zài)照片中(zhōng)我们可(kě)以明显地看到(dào)很多(duō)星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产生了(le)巨大(dà)的形变。其实这(zhè)些(xiē)星系本身并(bìng)不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什(shén)么问题，而是这(zhè)样极(jí)遥远的(de)天体和我们地球上的(de)观测者之间(jiān)。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量(liàng)的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是(shì)超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子(zi)弹星系团(tuán)观(guān)测的(de)时候，发现它的大质量区域(yù)并不是(shì)在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧(cè)。所以最好的解释方法就(jiù)是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子(zi没事吃点护肝片好不好，女人吃护肝片的好处)弹星(xīng)系团的(de)引力透(tòu)镜(jìng)研究也被认为是暗(àn)物质存在的(de)迄今为止最(zuì)好的理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终于可以畅(chàng)通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各(gè)相同性的微波辐(fú)射(shè)。其中红色(sè)的(de)部分表示温度较高的(de)区域(yù)，蓝(lán)色(sè)则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它们(men)之间的温差只有万(wàn)分之一(yī)。

科学家们通过对前景(jǐng)背(bèi)景(jǐng)分离后的二值图(tú)像进行连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当(dāng)中没(méi)有暗物质，图形(xíng)看(kàn)起来不(bù)应该是这样的，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(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们(men)需要的暗物质大约是(shì)普(pǔ)通(tōng)物质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论框架(jià)，就很好地解释了很多不同的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的本质就(jiù)是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着某种类型(xíng)的粒子，它们(men)不参与任何其他的(de)电磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相(xiāng)互(hù)作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么？科学家们(men)已经(jīng)提(tí)出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目(mù)标，而要寻(xún)找这些(xiē)不同的目标粒子(zi)所需(xū)要的实验方式也(yě)不相(xiāng)同。在过(guò)去的几十年当中，人类为了寻(xún)找这(zhè)些看不见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不(bù)会(huì)与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质”，科(kē)学家们已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次的实(shí)验，却没有任(rèn)何实质性(xìng)的发(fā)现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(céng)楼高的探(tàn)测器(qì)，一直致力于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家(jiā)声称观测到(dào)了某种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年都是(shì)一样。一些科(kē)学(xué)家认为这可能(néng)是人(rén)类发(fā)现暗物(wù)质的第(dì)一个直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度(dù)信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着银河(hé)系进行移(yí)动，那么(me)如果暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中(zhōng)会(huì)产生相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时(shí)地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太(tài)阳的方向与太(tài)阳环绕(rào)银河系的方向是(shì)一(yī)致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而(ér)在(zài)6月份的时候，地球与太阳的(de)方(fāng)向正(zhèng)好达到完全(quán)一(yī)致，这是理论上地球穿越(yuè)暗(àn)物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相对银(yín)河系的平面呈(chéng)现了60度(dù)的(de)倾(qīng)斜(xié)，但是(shì)这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为这(zhè)可以用来(lái)解释(shì)，研究人员们所观测到(dào)的周期性信号(hào)。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连(lián)意(yì)大利游客的(de)数(shù)量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在(zài)南半球建立了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之(zhī)前(qián)的实验室(shì)正好相反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗(àn)物质流的运(yùn)动特征和(hé)第一个实验室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到(dào)相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非(fēi)常有力(lì)的证据了(le)。但是由于这个实验(yàn)室(shì)刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还无法提供相应(yīng)的数据支持。另(lìng)外(wài)，在(zài)2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个(gè)关键的用途就是(shì)探(tàn)索暗物质背后的(de)奥秘，对(duì)于探(tàn)测(cè)的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理(lǐ)中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物(wù)质(zhì)存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中生命的(de)诞生，或者说(shuō)是(shì)生命(mìng)进化的(de)一个(gè)重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物(wù)质会不会意味着人类(lèi)并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物(wù)质正在通(tōng)过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先找到(dào)暗物质(zhì)存在的(de)实际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持(chí)是我更新的动力(lì)！

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