宇(yǔ)宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存(cún)在科学(xué)无(wú)法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是(shì)什么？人类为了(le)寻找暗物(wù)质(zhì)存在的(de)证(zhèng)据(jù)，科(kē)学家(jiā)们在(zài)过去的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现异(yì)常，不(bù)符合万有(yǒu)引力定律(lǜ)的时(shí)候(hòu)，他们就(jiù)会(huì)知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王(wáng)星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现了(le)海王星的(de)存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有引力(lì)定律所取得重大(dà)天文成就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系(xì)统(tǒng)的尺度当中，可当我(wǒ)们上升(shēng)到星(xīng)系或者(zhě)是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是(shì)一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大(dà)星系团，这些(xiē)星(xīng)系被引力束(shù)缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一般会使(shǐ)用(yòng)到两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系的(de)光度。

第(dì)二种是动力(lì)学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量(liàng)星系团(tuán)中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对于(yú)星(xīng)系(xì)团的运动速度。当测量结果出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的(de)质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们(men)无法看到。最诡异的(de)是，在测量速(sù)度的过程中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星(xīng)系(xì)的速度(dù)比(bǐ)理论上要快得(dé)多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早就(jiù)应(yīng)该被抛(pāo)出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的(de)力量在起作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来(lái)源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维(wéi)基(jī)提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它(tā)们(men)却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对(duì)这(zhè)样(yàng)的一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现(xiàn)。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测(cè)仙女座星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距(jù)离中心越远的(de)恒(héng)星在其轨(guǐ)道(dào)上的运(yùn)行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却(què)让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度(dù)几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够(gòu)大(dà)的质量来吸(xī)引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基(jī)于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对(duì)标准的(de)方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方(fāng)法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离(lí)星系中心的(de)距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋转速(sù)度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是(shì)由暗(àn)物质的力量进入(rù)其(qí)中。

于是科(kē)学家们通过射(shè)电望远镜测量了距(jù)离星系中心(xīn)更(gèng)远距离的氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不(bù)符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引力定律进(jìn)行(xíng)计算，太(tài)阳系(xì)的运行速度应(yīng)该(gāi)是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那(nà)么产(chǎn)生以上这种向心加(jiā)速度的原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们(men)看不到的物质(zhì)，是(shì)这(zhè)些(xiē)暗物质(zhì)的(de)引力(lì)效应将(jiāng)星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一(yī)可以解释这个(gè)现象(xiàng)的原(yuán)因。在一(yī)项新的(de)研(yán)究当中，科(kē)学家们发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力(lì)效应的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异(yì)。另外，天文学(xué)家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小(xiǎo)和银河系不多(duō)，但是星系当中存(cún)在的(de)恒星数量却只有银(yín)河系的(de)千分之一。

所(suǒ)以在(zài)理(lǐ)论上(shàng)，该星系(xì)必须存在(zài)暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最(zuì)先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物(wù)质(zhì)和力(lì)学(xué)定律来解释的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗(àn)物质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附(fù)近没有任何星系存在。造成这(zhè)些现象的除了(le)暗物质的假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是人(rén)类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中(zhōng)的工作(zuò)方(fāng)式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的(de)天体(tǐ)会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的(de)方式运动(dòng)。但是上升到星(xīng)系和(hé)星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之(zhī)间(jiān)的相(xiāng)互(hù)作用则是不同的方式(shì)。对(duì)于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的(de)概念(niàn)，指的是在数百万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味(wèi)着我们需(xū)要(yào)对现在的(de)物理定律进行修正，这些发现也让很多人(rén)认为暗(àn)物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物(wù)质存在的(de)其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类(lèi)似(shì)这样的(de)星(xīng)团(tuán)，它们大部分(fēn)的普通质量都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互(hù)作用就会(huì)导(dǎo)致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低(dī)。所以在理论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所(suǒ)在(zài)的中间(jiān)区域。那(nà)么我们(men)通过什(shén)么(me)来(lái)验证它的质(zhì)量(liàng)区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以明显地看到(dào)很多(duō)星(xīng)系似(shì)乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大(dà)的天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的东(dōng)西的引(yǐn)力，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星(xīng)系的(de)光都发生了(le)扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是超(chāo)大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星(xīng)系团观测的时候，发(fā)现它的(de)大(d武昌起义的历史意义是什么，辛亥革命武昌起义的历史意义à)质量(liàng)区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的(de)解(jiě)释方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗(àn)物质则直接通过了这个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认(rèn)为是暗(àn)物(wù)质存(cún)在的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还(hái)有来(lái)自宇宙当(dāng)中最古老的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下了各(gè)相同性的微(wēi)波(bō)辐射。其(qí)中红(hóng)色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相(xiāng)对(duì)较(jiào)冷(lěng)的区(qū)域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万(wàn)分之一。

科学家们(men)通过(guò)对前景(jǐng)背(bèi)景分离后(hòu)的二值图像进行连通域提(tí)取和(hé)标记(jì)之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测(cè)量值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗物质大(dà)约(yuē)是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例(lì)是(shì)一(yī)致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地(dì)解释了很多不(bù)同(tóng)的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力(lì)来相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)。所(suǒ)以(yǐ)如果(guǒ)能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子的存在(zài)，就相当于(yú)找到(dào)了暗(àn)物(wù)质存在的实际证据。这种粒(lì)子到(dào)底是什么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需(xū)要的(de)实(shí)验方式(shì)也不(bù)相(xiāng)同。在(zài)过(guò)去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物(wù)质(zhì)相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的(de)格兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层楼高(gāo)的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物(wù)质(zhì)粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信号(hào)。经过了(le)20多年的数据(jù)收集，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科(kē)学家(jiā)认为这可能是人类发现暗物(wù)质的第一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是(shì)为(wèi)什么暗物质会产生(shēng)周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们(men)讲了(le)太阳(yáng)系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银(yín)河(hé)系进行移动，那么(me)如果暗物质(zhì)存(cún)在(zài)宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样(yàng)的速(sù)度(dù)在穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过程中会产生相应的振荡(dàng)，同(tóng)时地球(qiú)又(yòu)以30公(gōng)里/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的，而(ér)另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时(shí)段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系(xì)相(xiāng)对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这(zhè)并不(bù)影响这(zhè)个(gè)理论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科(kē)学家认(rèn)为这(zhè)可以用来解释(shì)，研究人员们所观测(cè)到的周(zhōu)期性信(xìn)号(hào)。当然也可能有其他的情况，造成这种年度(dù)周期信号(hào)的差异也(yě)可(kě)能是温度(dù)、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的(de)水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又(yòu)在南半球建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎相同的实(shí)验室，这里(lǐ)的季节与(yǔ)之前的实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一(yī)个实验(yàn)室是一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里可以得到相同(tóng)的信(xìn)号，就可(kě)以成为暗物质所存在的非常有力的证据(jù)了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截(jié)至(zhì)目前还无法提供(gōng)相应的数据(jù)支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪(yí)器提供的视(shì)野是(shì)哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一个关键的(de)用(yòng)途就是探(tàn)索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实验室粒子(zi)天体物(wù)理中心的科(kē)学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能拥有另一(yī)种神(shén)秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的(de)诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命进(jìn)化(huà)的(de)一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一理论(lùn)得到(dào)进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质(zhì)会不会(huì)意味着人类(lèi)并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在(zài)通过这样的(de)效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推论的大(dà)前提(tí)是要(yào)先找到暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。那么(me)小伙伴们，你们觉(jué)得暗(àn)物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的动力(lì)！

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