宇宙(zhòu)是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何会存在(zài)科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过去(qù)的(de)几(jǐ)十(shí)年(nián)当中进行了超(chāo)过50次的长期实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除了(le)一个地(dì)方，在(zài)1687年(nián)出(chū)版的自然(rán)哲学(xué)数(shù)学(xué)原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了(le)万(wàn)有(yǒu)引力定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当(dāng)天(tiān)文学家们(men)发现某些天(tiān)体(tǐ)运(yùn)行轨道(dào)出现异常(cháng)，不符合万有(yǒu)引力(lì)定律的(de)时候，他们就(jiù)会知道，周围一(yī)定有(yǒu)未知的天体通(tōng)过引力在(zài)摄动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发(fā)现都是(shì)应用万(wàn)有引力定(dìng)律所取得(dé)重(zhòng)大天文成就(jiù)的例子。但(dàn)是(shì)这(zhè)些发现都是在(zài)恒星系统的(de)尺(chǐ)度当中，可当我们上升到(dào)星系或者是(shì)星团的尺度(dù)，事情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基正在(zài)研究和(hé)测量后发星系团(tuán)的质量。这是(shì)一个由数千个星系所组成的巨(jù)大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束(shù)缚在一起。测量(liàng)星系团的(de)质量一般会使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可(kě)以确定其(qí)质(zhì)量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其"光度(dù)学(xué)的质量"，需要的数据是(shì)测量(liàng)各(gè)个(gè)星系的(de)光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系(xì)团中的(de)各(gè)个星系(xì)相对(duì)于星系团的(de)运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现星系(xì)团中很多星系的速度比理论上要(yào)快得(dé)多(duō)，按(àn)照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系(xì)的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它(tā)们早就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力(lì)量在(zài)起作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的暗质(zhì)，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反射(shè)光(guāng)，但(dàn)是它(tā)们却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝(jué)大部分的质量。只是当时(shí)的人们对这(zhè)样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出(chū)现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特(tè)在(zài)观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速度(dù)就会越慢。但是(shì)他们观测的结(jié)果却让人感到不可思议(yì)。

随(suí)着与中(zhōng)心距离(lí)的(de)增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据(jù)牛顿的(de)万有引力(lì)定律，在(zài)星(xīng)系(xì)当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们(men)，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们(men)会使用一(yī)种相对标(biāo)准的方法(fǎ)来(lái)解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量(liàng)星系当(dāng)中(zhōng)气体在(zài)X轴上距离(lí)星(xīng)系(xì)中(zhōng)心(xīn)的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常(cháng)的结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗(àn)物质(zhì)的力(lì)量进(jìn)入其中。

于是科学家们(men)通(tōng)过射电(diàn)望远镜测量了(le)距离星系中心更远距离的氢元素，发(fā)现(xiàn)它(tā)们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的(de)第三悬臂(bì)之上，距离银河系(xì)中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行(xíng)计算，太阳系(xì)的运行(xíng)速(sù)度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远远大(dà)于理论速度(dù)，那么产(chǎn)生(shēng)以(yǐ)上这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们(men)看不到(dào)的物质，是(shì)这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越(yuè)来越(yuè)多的研究人(rén)员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外(wài)恒星轨道的速度(dù)，估算(suàn)在星系当(dāng)中暗物质的(de)质量占整个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是唯一可(kě)以解释这个现(xiàn)象的(de)原(yuán)因。在一项新的研(yán)究当中，科学(xué)家们发现，几乎没(méi)有引力(lì)效(xiào)应(yīng)的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了(le)一(yī)个反(fǎn)常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银河系不多，但是(shì)星系(xì)当中存在(zài)的恒星数(shù)量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个(gè)小时的(de)详细测量之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动是(shì)可(kě)以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解释(shì)的。那么又(yòu)有人提(tí)出(chū)，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗(àn)物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造(zào)成这(zhè)些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能(néng)就是人类(lèi)对引力(lì)的理解还不够全(quán)面，引力很可(kě)能在不(bù)同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工作(zuò)方式是不同的(de)，这(zhè)意(yì)味着在行星系尺度(dù)中的天体会沿(yán)着它(tā)们(men)的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但(dàn)是(shì)上升到星(xīng)系(xì)和(hé)星团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的(de)相(xiāng)互(hù)作用则是(shì)不同的(de)方式。对(duì)于在星(xīng)系团之间的(de)相(xiāng)互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的(de)规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这意味着(zhe)我们需要对现在的(de)物理定律(lǜ)进行修正，这些发(fā)现也让很(hěn)多人认为暗物(wù)质假说(shuō)理(lǐ)论就(jiù)此(cǐ)终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他(tā)的(de)理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光(guāng)年的(de)子(zi)弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们大(dà)部分(fēn)的普通质量(liàng)都(dōu)在星系的正方体体对角线的公式是什么，正方体体对角线公式计算(de)气体当(dāng)中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的(de)相互(hù)作用就会导致温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部(bù)分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过(guò)什么来(lái)验证它的(de)质量区(qū)域到底(dǐ)是不是集(jí)中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全彩的(de)高清照片，在照片(piàn)中我们可(kě)以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大(dà)的形变。其实这些(xiē)星(xīng)系(xì)本身并不是(shì)真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题(tí)，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们地球(qiú)上的(de)观测(cè)者之间。被(bèi)一个质量(liàng)超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西(xī)的(de)引(yǐn)力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜效(xiào)应(yīng)。这(zhè)个(gè)巨大的天体可能(néng)是超大质量的(de)黑洞或者是暗物(wù)质(zhì)。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观(guān)测的时候，发现它(tā)的大质(zhì)量(liàng)区域并不是(shì)在中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当(dāng)星(xīng)团(tuán)发生全(quán)部的碰撞时，可(kě)被观测到的(de)质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物(wù)质则(zé)直接通过了这(zhè)个区域(yù)，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力(lì)透镜研(yán)究也被认(rèn)为是(shì)暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终于可以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留下了(le)各相同性的(de)微波辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部分(fēn)表(biǎo)示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示(正方体体对角线的公式是什么，正方体体对角线公式计算shì)相对较冷(lěng)的(de)区域，但实际上它们(men)之间的温差只有万(wàn)分(fēn)之一。

科学家们通过(guò)对前景背景分离后(hòu)的二值图像进(jìn)行连通(tōng)域提(tí)取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物(wù)质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物质的(de)5倍(bèi)。这个(gè)数字与(yǔ)解释星(xīng)系当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一个(gè)简单的理论框(kuāng)架(jià)，就很好地解释了(le)很多不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗物质的(de)本质就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互(hù)作用(yòng)。所以如果(guǒ)能(néng)够(gòu)找到(dào)这种粒(lì)子的(de)存在(zài)，就相当于(yú)找到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科(kē)学家们已经(jīng)提(tí)出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实(shí)验(yàn)方式也不(bù)相同。在(zài)过(guò)去的几十年当中，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常(cháng)规物(wù)质相互作(zuò)用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家(jiā)们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没(méi)有任何(hé)实(shí)质性的发现(xiàn)，除了(le)一个地(dì)方(fāng)，意大利的(de)格兰(lán)萨索山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山(shān)下(xià)1400米处(chù)的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大的地(dì)学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层楼(lóu)高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的(de)数据收(shōu)集(jí)，人(rén)们发现了(le)一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学家认为这(zhè)可能是(shì)人类发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系(xì)进行移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们(men)也(yě)在(zài)以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中会产生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地(dì)球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环(huán)绕银(yín)河系的(de)方向是(shì)一致的，而另(lìng)外半年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的(de)时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到(dào)完全一致，这是(shì)理论上地球(qiú)穿越(yuè)暗(àn)物(wù)质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银河系的平面(miàn)呈现了(le)60度的(de)倾斜，但是(shì)这(zhè)并不影响这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)的(de)有效性。

因此科学家(jiā)认为(wèi)这可以用(yòng)来解释，研究(jiū)人员们所观(guān)测(cè)到的周期性信号。当然(rán)也可能有(yǒu)其他(tā)的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周期信号的差(chà)异也可(kě)能是温度(dù)、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利(lì)游(yóu)客的(de)数(shù)量也(yě)符合(hé)这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在南半球建立(lì)了(le)一个(gè)几乎相同的(de)实验室，这里的季(jì)节(jié)与之前的(de)实验(yàn)室正好相反(fǎn)，而在这里，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流的(de)运动特征和第(dì)一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可(kě)以得到相(xiāng)同的信号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗(àn)物(wù)质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力(lì)的(de)证据了。但是由于这(zhè)个实(shí)验室刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目(mù)前还(hái)无(wú)法提供相(xiāng)应(yīng)的数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台新的(de)望远镜(jìng)，这台太(tài)空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其中一个关(guān)键(jiàn)的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗(àn)物质背后的(de)奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命(mìng)进(jìn)化的一个(gè)重要因素。

如(rú)果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人(rén)类并不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过(guò)这样的效应创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些推论的大(dà)前提是要先找到暗(àn)物质存在的实际(jì)证据(jù)。那(nà)么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质(zhì)到底(dǐ)存(cún)不(bù)存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你(nǐ)的(de)支持是我更新的动力！

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