宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类(lèi)为了(le)寻找暗(àn)物质存在的(de)证据(jù)，科学家(jiā)们在过(guò)去的几十(shí)年当中进行了超过50次的(de)长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效(xiào)证据。除了一(yī)个地方，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲学(xué)数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年(nián)来，当天文学(xué)家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们就(jiù)会(huì)知道，周围一定有未知(zhī)的天体通(tōng)过引力在摄动它(tā)的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道(dào)的(de)异常，推算并(bìng)且发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有引力定律所取得重大天文成就的例(lì)子(zi)。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当(dāng)我们上升(shēng)到星系或(huò)者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数(shù)千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束(shù)缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量一般会(huì)使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是(shì)获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二(èr)种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测(cè)量星系团中的各个星(xīng)系(xì)相对于星系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星(xīng)系(xì)团(tuán)有99%的质量消失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式(shì)所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测(cè)量速度的(de)过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多(duō)星系(xì)的(de)速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无(wú)法将它们束缚在(zài)星系(xì)团(tuán)内的，它们(men)早(zǎo)就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出(chū)了这(zhè)样部分不可见(jiàn)的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对这(zhè)样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越(yuè)远(yuǎn)的(de)恒(héng)星在其(qí)轨道(dào)上的(de)运行速度就会越慢。但是他们(men)观测的结果却(què)让人(rén)感到不可思议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心(xīn)距离(lí)的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持(chí)不变(biàn)。可是(shì)根据牛顿(dùn)的万有引力(lì)定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于(yú)这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会(huì)使用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测量星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距离星(xīng)系(xì)中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于(yú)银河(hé)系的(de)第三(sān)悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速(sù)度(dù)，那(nà)么产生以上这种向心加(jiā)速度的原因很(hěn)可能就是(shì)存在着一种我们看不(bù)到(dào)的物质(zhì)，是这些暗(àn)物质的引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始(shǐ)，越来越多的(de)研究(jiū)人员开始相信暗物(wù)质的(de)存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质(zhì)的(de)质量占(zhàn)整个(gè)星系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是唯(wéi)一可以解(jiě)释这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在(zài)一项新的(de)研究当中(zhōng)，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远恒(héng)星之间，也会(huì)出现速度上的(de)微小差异(yì)。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地球大约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银河(hé)系不多，但是星系当中(zhōng)存(cún)在的恒星数量却只有银河(hé)系(xì)的千(qiān)分(fēn)之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗(àn)物质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离析。但(dàn)是(shì)科学家们使用(yòng)最(zuì)先(xiān)进的望远镜对其进行了40个(gè)小时(shí)的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是(shì)可以(yǐ)用(yòng)正常(cháng)的物质和(hé)力学定律来解(jiě)释的。那么(me)又有人(rén)提出，也许该星(xīng)系(xì)的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大(dà)星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何(hé)星(xīng)系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能(néng)就是(shì)人类对(duì)引力的(de)理解(jiě)还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式(shì)是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们(men)所理(lǐ)解的方(fāng)式(shì)运动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用(yòng)，科学家还引入了(le)外部场效应(yīng)的(de)概(gài)念，指的(de)是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在(zài)的物理定律进(jìn)行修正，这些发现也让很多人(rén)认为暗物质假说理(lǐ)论就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇宙(zhòu)当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的(de)理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样(yàng)的(de)星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系(xì)的(de)气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这些气体所在(zài)的中间(jiān)区域。那么我们(men)通过什么来(lái)验证它的(de)质量(liàng)区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们(men)可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了(le)巨大(dà)的形(xíng)变。其实(shí)这些星系本身(shēn)并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样极(jí)遥(yáo)远的(de)天体和(hé)我们地球上的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质量(liàng)的(de)黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对(duì)子弹星系团观(guān)测的(de)时(shí)候，发现它的大质量(liàng)区域并不是(shì)在中间，而(ér)是在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释(shì)方法(fǎ)就是当星(xīng)团(tuán)发生全(quán)部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体被卡在(zài)了中间(jiān)，暗物(wù)质则直(zhí)接通过了这个(gè)区域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的理论(lùn)证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还(hái)有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下(xià)了各相同(tóng)性的微波辐(fú)射。其中红色的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们之间的温差(chà)只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域(yù)提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该是(shì)这(zhè)样的(de)，而(ér)随着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波(bō)背(bèi)景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物(wù)质(zhì)大约是普通物(wù)质的5倍。这(zhè)个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需(xū)要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的(de)理论框架，就很好地解释了很多不(bù)同的观测(cè)结果。而暗(àn)物质的(de)本质(zhì)就是(shì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的电(diàn)磁(cí)作用，只通过引力(lì)来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这(zhè)种粒(lì)子(zi)的(de)存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的(de)实际证据。这双曲线虚轴的位置，双曲线虚轴有什么意义种粒子到(dào)底是什么？科学家们(men)已经提出(chū)了数十种(zhǒng)的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需(xū)要的实验方式(shì)也不(bù)相同。在过(guò)去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常(cháng)规(guī)物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没有(yǒu)任何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上(shàng)最大的(de)地学实验室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直致力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声(shēng)称观测到了某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多(duō)年(nián)的数据收集，人们发现(xiàn)了一个(gè)有趣的事情。探测(cè)率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而(ér)且在20年(nián)当中每年都是一样(yàng)。一些科学家(jiā)认(rèn)为这可能是人类发现(xiàn)暗(àn)物质(zhì)的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗物(wù)质会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲(jiǎng)了(le)太(tài)阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移(yí)动，那(nà)么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会产生相应的振荡，同时地(dì)球又以(yǐ)30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地球与太阳的(de)方向正好达(dá)到完全一致，这是理论上地(d双曲线虚轴的位置，双曲线虚轴有什么意义ì)球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而(ér)在(zài)11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了(le)最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解释，研究人(rén)员们所(suǒ)观测到(dào)的周期性信号。当然也可能有其(qí)他的情况(kuàng)，造成这种年度周期(qī)信(xìn)号(hào)的差异(yì)也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也(yě)符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立了(le)一个(gè)几乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验(yàn)室正好相反(fǎn)，而在这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实验室是一样的(de)。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里可(kě)以得(dé)到相(xiāng)同的信号，就可以成(chéng)为暗物(wù)质(zhì)所存(cún)在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器(qì)提(tí)供的视野是哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关(guān)键(jiàn)的用途就是探索暗(àn)物(wù)质背后的(de)奥秘，对于探测的(de)结(jié)果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中(zhōng)心的科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬研(yán)究(jiū)发(fā)现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说(shuō)是生命(mìng)进(jìn)化的(de)一个重要(yào)因(yīn)素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物(wù)质(zhì)会不(bù)会意味着人(rén)类并(bìng)不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效应创造(zào)生命。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前提是要先找(zhǎo)到暗(àn)物(wù)质存在的(de)实(shí)际(jì)证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得(dé)暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新的动力！

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