宇宙(zhòu)是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无(wú)法解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物(wù)质(zhì)又究竟是什么？人类为(wèi)了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在的证(zhèng)据(jù)，科学家们在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发(fā)现任(rèn)何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的(de)自然哲学数学(xué)原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规(guī)律。往后(hòu)的几百年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们(men)就会(huì)知(zhī)道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的天体(tǐ)通过引力在(zài)摄(shè)动它的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星(xīng)运(yùn)行轨道的异常，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发(fā)现都是应(yīng)用万有引力定律所(suǒ)取(qǔ)得重大天文成就(jiù)的例子(zi)。但是这(zhè)些发现都是在(zài)恒(héng)星系统的尺度当(dāng)中，可(kě)当我们上(shàng)升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测(cè)量后(hòu)发星(xīng)系团的质(zhì)量。这是一(yī)个(gè)由数千(qiān)个(gè)星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系(xì)团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测(cè)量星(xīng)系团的质量一般会使(shǐ)用到两种50g是几两 50g是一两吗方法，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是(shì)获得(dé)其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量的(de)计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的各(gè)个(gè)星系相对于星系团(tuán)的运动速度。当(dāng)测量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是(shì)“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的(de)质量(liàng)并不(bù)以可(kě)见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异(yì)的是，在(zài)测量速度(dù)的过(guò)程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多(duō)星(xīng)系的速(sù)度(dù)比(bǐ)理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的引力是无法将它们(men)束缚在星系团(tuán)内的，它们(men)早就应(yīng)该被抛出星系(xì)团之(zhī)外了(le)，除非有一种神秘的(de)力量在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出了(le)这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当(dāng)时的(de)人们(men)对(duì)这样的(de)一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再(zài)一(yī)次出现(xiàn)。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在(zài)观测仙(xiān)女座星系(xì)中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离(lí)中(zhōng)心(xīn)越远的(de)恒星在(zài)其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他(tā)们(men)观测(cè)的结果却(què)让人感到不可(kě)思议。

随着与中心距(jù)离的增(zēng)加，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系(xì)当(dāng)中如(rú)果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当中(zhōng)了(le)。基(jī)于(yú)这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的(de)方法(fǎ)来解释暗物质的(de)存在，这种方(fāng)法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转速(sù)度。如果出现异(yì)常(cháng)的(de)结果，就(jiù)认为是(shì)由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了(le)距离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿(dùn)的力学定律。我们(men)的太阳(yáng)系(xì)也(yě)不例(lì)外，太阳系(xì)位于银河系(xì)的第(dì)三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行速(sù)度应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太(tài)阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那(nà)么(me)产生以(yǐ)上这种向心加速(sù)度的原因很可能就是存在着一种我们看不到(dào)的物(wù)质，是(shì)这些暗(àn)物(wù)质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从(cóng)这时(shí)开始，越(yuè)来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在(zài)。科(kē)学(xué)家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗(àn)物质的(de)质量占整(zhěng)个星系(xì)质量的(de)85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯(wéi)一(yī)可以(yǐ)解释这个现(xiàn)象的原因。在一(yī)项新(xīn)的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没(méi)有引力(lì)效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速(sù)度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距(jù)离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河系不多，但是星系(xì)当中存在的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银河(hé)系(xì)的千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则(zé)就会分崩离析(xī)。但是科学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星(xīng)运(yùn)动是可以(yǐ)用正常(cháng)的物质和力学定(dìng)律来解释(shì)的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的(de)暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任(rèn)何(hé)星系(xì)存在(zài)。造(zào)成这些现象的除了暗物质的(de)假(jiǎ)说之外，另一(yī)种可(kě)能(néng)就是人类对引力的理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作(zuò)方式是不同(tóng)的(de)，这意味(wèi)着在(zài)行星系(xì)尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们(men)所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和(hé)星团的尺度(dù)，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的方式(shì)。对于(yú)在星(xīng)系团之间的相互作用，科学(xué)家还引(yǐn)入了外部场效应的概念(niàn)，指的是(shì)在数百万光年的规模上(shàng)，巨(jù)大的(de)质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味(wèi)着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人(rén)认为暗(àn)物(wù)质假说理论就(jiù)此(cǐ)终结。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关于(yú)暗物质(zhì)存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释(shì)的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的(de)星团，它们(men)大(dà)部分的普通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致(zhì)温度的急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域。那么我(wǒ)们通过(guò)什么来验证它的质(zhì)量区域(yù)到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在(zài)照片(piàn)中我们可以明显地看到很多(duō)星系似(shì)乎(hū)被(bèi)拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了(le)，也(yě)不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上(shàng)的观(guān)测者之间。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远星系(xì)的光都发生了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子(zi)弹星系团(tuán)观测的(de)时候(hòu)，发(fā)现(xiàn)它的大质(zhì)量(liàng)区域并(bìng)不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就是当星团(tuán)发生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接(jiē)通过了这个区(qū)域(yù)，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团(tuán)的(de)引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的(de)理论证据(jù)。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下(xià)了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温(wēn)度较高(gāo)的区域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对较冷(lěng)的区域，但实际(jì)上(shàng)它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们(men)通过对(duì)前景背景分(fēn)离后的(de)二值图(tú)像进行连通(tōng)域提取(qǔ)和标记之后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随(suí)着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小(xiǎo)，才(cái)变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们(men)需(xū)要的暗物(wù)质大(dà)约(yuē)是普通物(wù)质(zhì)的5倍(bèi)。这(zhè)个数字(zì)与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需(xū)要的(de)暗物(wù)质比例是(shì)一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了(le)很多不同的(de)观(guān)测结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质就是(shì)宇宙当中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它们不参与任何(hé)其(qí)他的(de)电(diàn)磁(cí)作(zuò)用(yòng)，只通(tōng)过引(yǐn)力来相互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒(lì)子的存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到了暗物质存(cún)在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同(tóng)的目(mù)标粒子(zi)所(suǒ)需要(yào)的实验方式也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗(àn)物(wù)质”，科学家们已经进(jìn)行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何(hé)实质性的(de)发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球上最大的(de)地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层(céng)楼(lóu)高的探测器，一直致力(lì)于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测到了(le)某种信(xìn)号。经(jīng)过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有(yǒu)趣的(de)事情。探(tàn)测率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份达到峰(fēng)值(zhí)，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这(zhè)可(kě)能是人类发现暗物质(zhì)的第一(yī)个(gè)直接证(zhèng)据。

但是为什么(me)暗物质会产生(shēng)周(zhōu)期性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们讲了(le)太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河(hé)系进(jìn)行移动(dòng)，那么如(rú)果暗物(wù)质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意味着我们(men)也(yě)在(zài)以这(zhè)样(yàng)的速度在穿越着暗物(wù)质流，这(zhè)个(gè)过程(chéng)中会产生相应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的(de)方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候(hòu)，地球与太阳的(de)方向正好达到(dào)完全(quán)一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流最快的(de)时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度的倾(qī50g是几两 50g是一两吗ng)斜，但是(shì)这并不影响这(zhè)个理论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为这(zhè)可以用来解释(shì)，研究人员们所观(guān)测(cè)到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然也可能有(yǒu)其他(tā)的情(qíng)况(kuàng)，造(zào)成这(zhè)种年度周期(qī)信号的差(chà)异(yì)也可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至连意(yì)大(dà)利游客的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学(xué)家们(men)又在南(nán)半球(qiú)建立了(le)一个几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室，这里的(de)季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的(de)运(yùn)动特征和第一个(gè)实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得(dé)到相同的信号(hào)，就可以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在(zài)的非常有(yǒu)力的证据(jù)了。但是由于这(zhè)个实验(yàn)室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无(wú)法提供相应的数(shù)据支(zhī)持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪器提(tí)供(gōng)的(de)视(shì)野是哈(hā)勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷(léi)斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜(jìng)其(qí)中一个关(guān)键的用途就是(shì)探索暗(àn)物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于(yú)探(tàn)测的结果，我们(men)只能(néng)拭目以待了。费(fèi)米实验室(shì)粒(lì)子天(tiān)体物(wù)理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物质存在，它(tā)们(men)极(jí)有可(kě)能拥有另一(yī)种神(shén)秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生命的(de)诞生，或者说是生命进化的(de)一个重(zhòng)要因(yīn)素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得(dé)到进一(yī)步的(de)证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类(lèi)并(bìng)不孤(gū)单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前(qián)提是(shì)要先(xiān)找到暗(àn)物质存在的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们(men)觉得暗物(wù)质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的(de)动力！

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