宇(yǔ)宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证据(jù)，科学家们在(zài)过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是(shì)却没有发(fā)现任何的(de)有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发表了(le)万(wàn)有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文(wén)学家(jiā)们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合(hé)万有引(yǐn)力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道(dào)的异常，推算并(bìng)且发现了(le)海王(wáng)星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重大天文(wén)成就的例子。但是这些发现都(dōu)是(shì)在恒星系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们上升到(dào)星系或(huò)者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和(hé)测量后(hòu)发星系团的质量。这(zhè)是一个由数千个星系所组成的(de)巨大(dà)星系团，这(zhè)些星系被(bèi)引力束(shù)缚在一起。测量星系(xì)团的(de)质量(liàng)一般会使用到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两(liǎng)种方(fāng)法结果一(yī)致，就可以(yǐ)确(què)定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度(dù)学(xué)的质量"，需要(yào)的数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力学质量的(de)计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中(zhōng)的各(gè)个(gè)星系相对于星系团的运(yùn)动速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发(fā)座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者(zhě)说这(zhè)99%的(de)质量并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在(zài)测(cè)量速度的过程中，兹威基(jī)发(fā)现星(xīng)系(xì)团(tuán)中很多星系的(de)速度(dù)比理论上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛顿的(de)运动(dòng)学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产(chǎn)生的(de)引(yǐn)力是无法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们(men)早就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除(chú)非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出(chū)了这样部分(fēn)不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但(dàn)是(shì)它(tā)们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质(zhì)量。只是(shì)当时(shí)的人们对这样的(de)一(yī)种说(shuō)法不(bù)屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家(jiā)维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们(men)观测的结(jié)果却让人感到不可(kě)思议(yì)。

随着与中心距离的(de)增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没(méi)有足够大的质(zhì)量来(lái)吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会(huì)使用一种相对标准的(de)方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现异常的结(jié)果，就认为(wèi)是(shì)由(yóu)暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距(jù)离星系(xì)中心更远(yuǎn)距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系(xì)位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光(guāng)年，根据(jù)万有引力定律进(jìn)行(xíng)计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千唐家三少娶了年轻女学生，唐家三少娶了年轻女学生是真的吗米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实际(jì)速度远远大于理论速度，那(nà)么产生以上这(zhè)种向心加(jiā)速度的原因很可能就(jiù)是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的(de)引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研究人员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星(xīng)系当(dāng)中暗物质的(de)质量占整个(gè)星(xīng)系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不(bù)是唯(wéi)一可以解释这个现象的(de)原因。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另(lìng)外(wài)，天文学(xué)家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河系不多，但是(shì)星(xīng)系(xì)当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河(hé)系的千(qiān)分之一(yī)。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家(jiā)们(men)使用最先(xiān)进的望远镜对其(qí)进行了40个(gè)小时的详细(xì)测量之后(hòu)，发(fā)现(xiàn)星系中的(de)恒星运动是(shì)可(kě)以用正常的物质和(hé)力学(xué)定律来(lái)解释(shì)的。那么(me)又有人(rén)提出(chū)，也许该星系的暗(àn)物质，已经(jīng)被附近的另一个(gè)大星(xīng)系剥(bō)离了(le)。奇(qí)怪的是(shì)，它的(de)附近没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造成这(zhè)些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的假说之(zhī)外，另(lìng)一种(zhǒng)可能(néng)就是人类对引力的理解还不够全面(miàn)，引力很(hěn)可(kě)能(néng)在不(bù)同尺度空间中的工作方(fāng)式(shì)是(shì)不(bù)同的，这意味着在行(xíng)星系尺度中的(de)天(tiān)体会沿着它们(men)的(de)轨道，按照我们所理解的方(fāng)式(shì)运动。但(dàn)是上升到星系和(hé)星团(tuán)的尺度(dù)，引力(lì)之间的相互(hù)作用则是不同(tóng)的方式。对于在(zài)星系团(tuán)之间(jiān)的(de)相互作用，科学家还(hái)引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的(de)规模上，巨大的(de)质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立(lì)，这(zhè)意味(wèi)着我们需要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些(xiē)发现也让很多人认(rèn)为暗物(wù)质假说理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当(dāng)中还(hái)有关于暗物质存在(zài)的其他(tā)的理论证据(jù)，这些理(lǐ)论证据是蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解释(shì)的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的(de)普通质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际(jì)气体的相互(hù)作用就(jiù)会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质(zhì)量将位于所(suǒ)有这些气体所在的中间区域。那么(me)我(wǒ)们(men)通过什么来验证它的质量(liàng)区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回(huí)了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全(quán)彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照(zhào)片中我(wǒ)们可(kě)以明显地看(kàn)到很多(duō)星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们地球(qiú)上(shàng)的观(guān)测(cè)者(zhě)之间。被一个质(zhì)量超级(jí)巨(jù)大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生(shēng)了扭曲(qū)。这个现象就是(shì)引力透镜效应(yīng)。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或(huò)者(zhě)是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域(yù)并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的(de)解释方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可(kě)被(bèi)观(guān)测到的质(zhì)量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个(gè)区域，并在两边(biān)形成了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质存在的迄(qì)今(jīn)为止最好的理(lǐ)论(lùn)证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过(guò)了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射。其中红色(sè)的(de)部分表示(shì)温度较(jiào)高的(de)区域，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较冷(lěng)的区(qū)域(yù)，但实际上它们之间的(de)温差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学家们(men)通过对前(qián)景背景分离后的(de)二值图像(xiàng)进行连(lián)通域(yù)提取(qǔ)和标记之(zhī)后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物唐家三少娶了年轻女学生，唐家三少娶了年轻女学生是真的吗质的增加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量值(zhí)，我们需(xū)要的暗物(wù)质大(dà)约(yuē)是(shì)普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很(hěn)好地解(jiě)释了(le)很多不同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何(hé)其他(tā)的(de)电磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力来(lái)相互作(zuò)用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗(àn)物质存(cún)在的实际证(zhèng)据(jù)。这(zhè)种粒(lì)子到(dào)底是什(shén)么(me)？科学家(jiā)们(men)已经提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物(wù)质相互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现(xiàn)，除了一(yī)个地(dì)方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的(de)地下(xià)矿井当中，藏着地(dì)球上最大(dà)的地学实验(yàn)室(shì)，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层楼高的(de)探(tàn)测器，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年当(dāng)中每年都是一样。一些科(kē)学(xué)家认为这可能是人类发现暗(àn)物(wù)质(zhì)的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么(me)暗物质会产生周(zhōu)期性的年度(dù)信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系(xì)进行移(yí)动，那么如(rú)果暗物(wù)质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这意味着我们(men)也在(zài)以这样的(de)速度在穿越着暗(àn)物(wù)质(zhì)流，这(zhè)个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同(tóng)时(shí)地球(qiú)又以30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的(de)方(fāng)向是(shì)一致的(de)，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完(wán)全一(yī)致，这是理论上地球穿越(yuè)暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜(xié)，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研(yán)究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也(yě)可能有其他的(de)情况(kuàng)，造(zào)成这种(zhǒng)年度周期(qī)信号的差异也(yě)可能是温度(dù)、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意(yì)大利(lì)游(yóu)客(kè)的数(shù)量(liàng)也符合这(zhè)个周(zhōu)期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同(tóng)的(de)实验(yàn)室，这里的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地(dì)球穿(chuān)过暗物(wù)质(zhì)流的运动特征和第(dì)一个实验室是一样的(de)。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里可以得(dé)到相同的(de)信号，就(jiù)可(kě)以成为暗物质所存(cún)在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还无(wú)法提供相应的(de)数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探(tàn)测的(de)结(jié)果，我们只能拭目(mù)以待了(le)。费米实(shí)验室粒子天体物理中(zhōng)心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物(wù)质效(xiào)应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是(shì)生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到进一(yī)步的(de)证实，那么(me)遍布(bù)宇宙当中的(de)暗物质(zhì)会(huì)不(bù)会意味着人(rén)类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的行星上(shàng)，暗(àn)物质(zhì)正在通过这样的效应创(chuàng)造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的大前提是(shì)要(yào)先(xiān)找(zhǎo)到(dào)暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。那么(me)小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力！

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