宇宙是“人为制(zhì)造”的？为(wèi)何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟是什么？人(rén)类(lèi)为了寻找暗(àn)物质存(cún)在的证据(jù)，科学(xué)家们在过去的几十年(nián)当(dāng)中(zhōng)进行(xíng)了超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却没有(yǒu)发现任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原(yuán)理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学(xué)家们发现某些(xiē)天(tiān)体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一(yī)定有未知(zhī)的天体通(tōng)过引力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王(wáng)星运行轨道(dào)的异常，推算(suàn)并且发现了海王星的(de)存在。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都是(shì)应用万有引力定(dìng)律所取(qǔ)得重大天文成就的例子(zi)。但是这些发(fā)现都是在(zài)恒(héng)星系统的(de)尺度(dù)当中(zhōng)，可当我(wǒ)们(men)上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学(xué)家弗(fú)里茨(cí)兹威基(jī)正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是一个由(yóu)数千个(gè)星系所组(zǔ)成的巨(jù)大星(xīng)系(xì)团，这些星(xīng)系被引力束缚在一(yī)起。测量星系(xì)团的质量(liàng)一般会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可以确定(dìng)其质量(liàng)的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是(shì)测量各(gè)个星系(xì)的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测(cè)量星系团中的各(gè)个星系相对于星系团的运(yùn)动速度(dù)。当测量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力(lì)学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座星(xīng)系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光的(de)形式所存(cún)在，我们无法看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发现(xiàn)星系团(tuán)中(zhōng)很多星系的速度比(bǐ)理论上(shàng)要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力(lì)是(shì)无法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛出(chū)星(xīng)系团(tuán)之外了，除(chú)非有一(yī)种神秘(mì)的力量在起作(zuò)用，这(zhè)种(zhǒng)力(lì)量(liàng)来源于(yú)某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它(tā)世界上哪个国家女人最开放不发散光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是(shì)它们却(què)占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时(shí)的人们(men)对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来(lái)说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就(jiù)会越(yuè)慢。但是(shì)他们观测(cè)的结果却(què)让人感到不可思议(yì)。

随着(zhe)与中心距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几乎(hū)保持不变(biàn)。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系(xì)当中如果(guǒ)没有足够大的质(zhì)量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对(duì)标(biāo)准的方法来解释暗(àn)物(wù)质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的(de)结果，就认(rèn)为是(shì)由暗物质(zhì)的力(lì)量进入其中。

于是科学(xué)家们(men)通过射(shè)电(diàn)望远镜(jìng)测量了距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发(fā)现它们(men)的旋转速(sù)度(dù)并(bìng)不符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律。我们的(de)太(tài)阳(yáng)系(xì)也(yě)不(bù)例外(wài)，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂(bì)之(zhī)上，距离银(yín)河系(xì)中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度(dù)应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围(wéi)绕(rào)银(yín)河(hé)系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于(yú)理论速度，那(nà)么产生以上(shàng)这种向心加速(sù)度的原(yuán)因很(hěn)可能(néng)就是存在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些暗(àn)物质的(de)引力(lì)效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人员开(kāi)始相信暗物质(zhì)的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的(de)速度(dù)，估算在星系当中暗物(wù)质的质量(liàng)占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个现(xiàn)象的原因(yīn)。在一项新的(de)研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒星之(zhī)间，也(yě)会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学(xué)家还发(fā)现了一个反常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银河系不多，但(dàn)是(shì)星系当中(zhōng)存在(zài)的恒星数量却只(zhǐ)有银(yín)河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必(bì)须存(cún)在暗物质，否则就(jiù)会(huì)分崩(bēng)离析(xī)。但(dàn)是科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个(gè)小(xiǎo)时(shí)的(de)详细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒星运(yùn)动(dòng)是可(kě)以用(yòng)正常的物(wù)质和(hé)力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就(jiù)是人类对(duì)引力的理解还(hái)不(bù)够全(quán)面，引力很(hěn)可(kě)能(néng)在(zài)不同(tóng)尺(chǐ)度空(kōng)间中的工作方(fāng)式(shì)是不(bù)同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系(xì)和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则(zé)是不同(tóng)的(de)方式。对于在星(xīng)系团之间的相(xiāng)互作(zuò)用，科学家(jiā)还(hái)引入(rù)了外部(bù)场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规(guī)模上，巨大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们(men)需要对(duì)现(xiàn)在的物理定(dìng)律进行修正，这(zhè)些发现也让很多(duō)人认为暗(àn)物质假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还(hái)有关(guān)于(yú)暗物质存在的其他的(de)理论证据，这(zhè)些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类似这样的(de)星团，它(tā)们大部分(fēn)的(de)普通质(zhì)量都(dōu)在星系的(de)气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作(zuò)用就会导致温度(dù)的急(jí)剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)大部分的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的(de)中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们通过(guò)什么来(lái)验证(zhèng)它的质量区域到底是不是集(jí)中(zhōng)在(zài)中间呢(ne)？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生(shēng)了(le)巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被(bèi)一个质(zhì)量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的(de)东(dōng)西的引力，会使(shǐ)身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨(jù)大(dà)的天(tiān)体可能是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以当人们(men)对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系团观测的时候(hòu)，发现它的(de)大(dà)质(zhì)量区域并(bìng)不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的(de)解释方法就是当星团发生全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测到的质量(liàng)气(qì)体被卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质则直(zhí)接(jiē)通过了这个(gè)区域(yù)，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团的引力透(tòu)镜研(yán)究也(yě)被认为(wèi)是暗物质(zhì)存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据(jù)。

除此之(zhī)外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可见光终于(yú)可以畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上(shàng)留(liú)下了各相同(tóng)性的(de)微波(bō)辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过(guò)对(duì)前(qián)景背景(jǐng)分离后的二值图(tú)像(xiàng)进行连通域提取和标记之(zhī)后(hòu)发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起来(lái)不应该是(shì)这(zhè)样的(de)，而随(suí)着暗(àn)物质的增(zēng)加(jiā)，一(yī)些峰值的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的(de)测量(liàng)值(zhí)，我(wǒ)们需要(yào)的暗物(wù)质大约是(shì)普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解释星系(xì)当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需要的(de)暗物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单(dān)的理(lǐ)论(lùn)框架，就很好地解释(shì)了很多(duō)不同的(de)观测结(jié)果。而暗物质(zhì)的本质(zhì)就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的(de)电磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所以如(rú)果(guǒ)能(néng)够找到这种粒子的(de)存在(zài)，就相当(dāng)于找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已经提(tí)出了数十种(zhǒng)的(de)假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也(yě)不相同。在过去(qù)的几十(shí)年当(dāng)中，人(rén)类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实(shí)质性的发现，除(chú)了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井当(dāng)中(zhōng)，藏着地(dì)球上最(zuì)大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的(de)科(kē)学家声称(chēng)观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年(nián)的数(shù)据收集(jí)，人们发现(xiàn)了一个有趣的事(shì)情。探测率会(huì)在每年的6月份达(dá)到峰值，然(rán)后在(zài)11月(yuè)降到最低(dī)，而且在20年当(dāng)中每(měi)年都是(shì)一样。一些科学(xué)家(jiā)认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是(shì)为什(shén)么暗物质(zhì)会(huì)产(chǎn)生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也(yě)在以这样的速(sù)度在穿越着暗物质(zhì)流(liú)，这个过程(chéng)中(zhōng)会产(chǎn)生相应的(de)振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的(de)方(fāng)向与太阳环绕银(yín)河系的方向(xiàng)是一致的(de)，而另外半年(nián)则与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳(yáng)的方向(xiàng)正(zhèng)好(hǎo)达(dá)到(dào)完(wán)全(quán)一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到(dào)了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河(hé)系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个(gè)理论的有效性。

因此(cǐ)科(kē)学家认为这可以用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也可(kě)能有其他的情况，造成这种年(nián)度周期信号(hào)的差世界上哪个国家女人最开放异也可能(néng)是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至(zhì)连(lián)意(yì)大利游客的(de)数量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又(yòu)在南(nán)半球建立了(le)一个几乎相同的(de)实(shí)验室(shì)，这里的(de)季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在(zài)这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因(yīn)此(cǐ)，如(rú)果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力(lì)的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不(bù)久，所以截至目(mù)前还(hái)无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器(qì)提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键的用途就是探索(suǒ)暗(àn)物(wù)质背后的(de)奥(ào)秘，对于(yú)探(tàn)测的结果(guǒ)，我们(men)只能(néng)拭目(mù)以待了。费米实(shí)验室(shì)粒子天体物理中心的(de)科学家丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特(tè)芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘(mì)的(de)效应，这种(zhǒng)暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的(de)一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论(lùn)的大(dà)前提是要先找到暗物(wù)质存在的实(shí)际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们(men)觉得暗物质(zhì)到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的(de)动力！

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