宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学家们(men)在过(guò)去的几十年当中(zhōng)进行了(le)超过50次的(de)长期(qī)实验(yàn)，但是却没有发现任何(hé)的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学(xué)原理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了(le)宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知(zhī)的天体通(tōng)过引力在(zài)摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过(guò)天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的(de)发现都(dōu)是(shì)应用(yòng)万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统(tǒng)的(de)尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者(zhě)是星(xīng)团(tuán)的尺度(dù)，事情就开始变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学(xué)水浒传史进的主要事迹概括，水浒传史进的主要事迹有哪些家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测(cè)量后(hòu)发星系团(tuán)的(de)质(zhì)量(liàng)。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星(xīng)系团(tuán)，这些(xiē)星系(xì)被引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量星系(xì)团的质量一(yī)般(bān)会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定(dìng)其质量(liàng)的(de)范围(wéi)。

第(dì)一种(zhǒng)是获(huò)得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学(xué)质(zhì)量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中(zhōng)的(de)各个星系(xì)相对于星(xīng)系团的运动速度。当测量(liàng)结果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系团(tuán)中很多星系(xì)的(de)速度比理(lǐ)论上要(yào)快得多，按(àn)照牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠(kào)这些(xiē)可(kě)见星系的质量(liàng)所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法将(jiāng)它们(men)束缚(fù)在星(xīng)系团(tuán)内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的(de)力量在起作(zuò)用，这种力量(liàng)来(lái)源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的(de)物质(zhì)。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这样部(bù)分不可(kě)见的暗(àn)质，它不发散光、吸光(guāng)、反射(shè)光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们(men)对这样的(de)一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距(jù)离(lí)中心越远(yuǎn)的(de)恒星在(zài)其轨道上(shàng)的(de)运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但(dàn)是(shì)他们观(guān)测的(de)结果却让人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增(zēng)加(jiā)，恒(héng)星(xīng)的旋转速(sù)度几乎保持不变(biàn)。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外(wài)围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科学(xué)家们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标准的方(fāng)法来解释(shì)暗物质的存(cún)在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气(qì)体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速(sù)度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物质(zhì)的力(lì)量进入其中(zhōng)。

于是(shì)科学家(jiā)们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测(cè)量了距离星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学(xué)定律。我们(men)的太阳系也不例(lì)外，太阳系(xì)位(wèi)于银(yín)河系的(de)第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万(wàn)有引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际(jì)上(shàng)，太(tài)阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看(kàn)不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人员开始相信暗物(wù)质(zhì)的存在。科学家(jiā)根(gēn)据(jù)星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的(de)速度，估算在星系当中(zhōng)暗(àn)物质的(de)质(zhì)量(liàng)占整(zhěng)个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以(yǐ)解释这个现象的原因。在(zài)一项新的(de)研究(jiū)当中，科学家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会(huì)出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文(wén)学(xué)家(jiā)还(hái)发现了一(yī)个(gè)反(fǎn)常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数(shù)量(liàng)却只有银河系的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论(lùn)上，该星(xīng)系(xì)必(bì)须存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就(jiù)会分崩离析(xī)。但是(shì)科学家(jiā)们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的物(wù)质(zhì)和力(lì)学定律来解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥(bō)离了(le)。奇怪(guài)的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成(chéng)这些现象的除(chú)了(le)暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能就是人(rén)类对(duì)引力的(de)理解还不够全面，引力很(hěn)可能(néng)在不同(tóng)尺度空间中的工作方(fāng)式是不(bù)同(tóng)的，这意味着在行星(xīng)系尺度(dù)中的天体会沿(yán)着它(tā)们的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但(dàn)是上升(shēng)到(dào)星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作(zuò)用则是不同的(de)方式。对于在星系团之间(jiān)的(de)相互作(zuò)用(yòng)，科(kē)学家(jiā)还引入了外部场效应的概(gài)念，指的是在(zài)数百万光年的规(guī)模(mó)上，巨(jù)大的质量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特(tè)殊的效果，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需(xū)要对现在的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让很多(duō)人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结。但是(shì)在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关于暗(àn)物质存在(zài)的(de)其他(tā)的理(lǐ)论(lùn)证据，这(zhè)些理(lǐ)论(lùn)证据是(shì)蒙(méng)德理论所(水浒传史进的主要事迹概括，水浒传史进的主要事迹有哪些suǒ)没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通(tōng)质量都(dōu)在星系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相互(hù)作用(yòng)就会导致温度的急剧升高(gāo)，速(sù)度大(dà)幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量(liàng)将位于(yú)所有(yǒu)这(zhè)些气体所在的中间区(qū)域。那么(me)我们(men)通过什么(me)来(lái)验证(zhèng)它的质(zhì)量区(qū)域(yù)到底是不是集中在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看(kàn)到(dào)很多星系似(shì)乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大的(de)形变。其(qí)实这些星系本身(shēn)并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的(de)天体(tǐ)和我们(men)地球(qiú)上(shàng)的观测者(zhě)之间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这个超大质(zhì)量的(de)东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系(xì)的光都(dōu)发生了扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就(jiù)是(shì)引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大的天体可(kě)能是超大质(zhì)量的(de)黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量区域并不(bù)是在中间，而是(shì)在(zài)两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的(de)解释方法就(jiù)是当星团发生全(quán)部的(de)碰撞时，可(kě)被观测到的(de)质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则(zé)直接通过了这个(gè)区域，并在(zài)两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹(dàn)星系(xì)团的(de)引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除(chú)此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下(xià)了各(gè)相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学(xué)家们(men)通过对(duì)前景背景分离(lí)后的二值图像进行连通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物(wù)质，图(tú)形看起来不应(yīng)该是这样的(de)，而(ér)随(suí)着(zhe)暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们(men)需要的暗物质大约(yuē)是普(pǔ)通物(wù)质的(de)5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例是一(yī)致的(de)。这就意(yì)味着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力(lì)来相互作用(yòng)。所以如(rú)果能够(gòu)找到这(zhè)种粒子(zi)的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数(shù)十种的假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不(bù)相同。在过去的(de)几十(shí)年(nián)当中，人(rén)类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不(bù)到(dào)，几乎不会与常规物质相互(hù)作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任何实质性的(de)发现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山(shān)下(xià)1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声(shēng)称观测到了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣(qù)的(de)事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最(zuì)低(dī)，而且(qiě)在(zài)20年当中每年都是(shì)一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗(àn)物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河(hé)系(xì)进行移动，那么(me)如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在(zài)以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这个过程(chéng)中会产生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时(shí)地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半(bàn)年的时间，地(dì)球围(wéi)绕太(tài)阳的方(fāng)向与太阳环(huán)绕银河系的方向(xiàng)是一致的(de)，而另外(wài)半(bàn)年则与(yǔ)之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上地球穿(chuān)越(yuè)暗(àn)物(wù)质流最快(kuài)的时段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的(de)情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的(de)有效性。

因此科学家认为这可(kě)以(yǐ)用来(lái)解释(shì)，研究(jiū)人员们所观测(cè)到的周期性信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周期信号的差异(yì)也可能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客(kè)的(de)数量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学(xué)家们又(yòu)在南半球建立了(le)一(yī)个几乎相同的(de)实验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在(zài)的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以(yǐ)截(jié)至(zhì)目前(qián)还无法提供相应的数(shù)据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其(qí)中(zhōng)一个(gè)关键的用途就是探索暗物(wù)质(zhì)背后的(de)奥秘，对于(yú)探测(cè)的结(jié)果，我们只能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验室粒(lì)子天体物理中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们(men)极(jí)有(yǒu)可能拥有另一种神(shén)秘的(de)效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意(yì)味着人类并(bìng)不孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在(zài)通(tōng)过这(zhè)样的(de)效(xiào)应(yīng)创造生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么(me)小伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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