宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会存(cún)在科(kē)学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质(zhì)又究(jiū)竟是什(shén)么(me)？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在(zài)的证据，科学家们在(zài)过(guò)去的几十年当中进(jìn)行(xíng)了(le)超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验(yàn)，但是却没(méi)有发现任(rèn)何(hé)的有效(xiào)证据(jù)。除(chú)了(le)一个地方，在1687年出版的自(z感谢你特别邀请来见证你的爱情是什么歌，感谢你特别邀请来见证你的爱情是什么歌曲ì)然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿(dùn)发表(biǎo)了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运(yùn)动的规(guī)律。往后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学(xué)家们发现某些天(tiān)体运行(xíng)轨道出(chū)现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的(de)天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天(tiān)王星(xīng)运行轨道的异(yì)常，推算并(bìng)且(qiě)发现(xiàn)了(le)海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有(yǒu)引力定律所取得重大天(tiān)文成就(jiù)的例(lì)子。但是这些(xiē)发现都是(shì)在(zài)恒星(xīng)系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团的(de)尺度，事情就开始变得(dé)诡异(yì)感谢你特别邀请来见证你的爱情是什么歌，感谢你特别邀请来见证你的爱情是什么歌曲了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后(hòu)发(fā)星系团的质量。这是一个(gè)由数(shù)千(qiān)个星系所组成(chéng)的巨(jù)大星系团，这些星系(xì)被(bèi)引力束缚在一起。测(cè)量(liàng)星系(xì)团的质量(liàng)一般(bān)会使用(yòng)到两种(zhǒng)方(fāng)法，当(dāng)两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

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

第(dì)二种是动力学质量的计(jì)算，是(shì)利用(yòng)光谱(pǔ)红移测量星系团中的各(gè)个星系相对于星系团(tuán)的运动速度。当测量结(jié)果出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是“光度学(xué)质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可(kě)见(jiàn)光的形式所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到(dào)。最(zuì)诡异(yì)的是，在测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹(zī)威(wēi)基(jī)发现星(xīng)系团中很多星系的(de)速度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可(kě)见星系的质(zhì)量(liàng)所产生(shēng)的引力是(shì)无法将它们束(shù)缚在星(xīng)系团(tuán)内的(de)，它们(men)早就应该(gāi)被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形(xíng)的(de)物(wù)质。

据(jù)此，兹(zī)维基提出了这(zhè)样部分不(bù)可见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们(men)却占据(jù)着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大(dà)部(bù)分的(de)质量(liàng)。只是(shì)当时的(de)人们对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现(xiàn)。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观(guān)测仙(xiān)女座星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动。理论上(shàng)来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速(sù)度就(jiù)会越慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感到(dào)不可思议(yì)。

随(suí)着与中心(xīn)距(jù)离(lí)的增加，恒星(xīng)的(de)旋(xuán)转速度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是(shì)根据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星系当中如果(guǒ)没有(yǒu)足够(gòu)大(dà)的(de)质量(liàng)来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外围的恒星早(zǎo)就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基(jī)于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相(xiāng)对标(biāo)准的方(fāng)法来解释暗物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量(liàng)星系当中气(qì)体在X轴上(shàng)距离星(xīng)系(xì)中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如(rú)果(guǒ)出现异(yì)常的(de)结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们(men)通过射电望远镜(jìng)测量(liàng)了(le)距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度(dù)并(bìng)不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引力定律(lǜ)进行计算，太阳(yáng)系(xì)的(de)运行(xíng)速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个(gè)实际速度(dù)远远大(dà)于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加(jiā)速度的(de)原因(yīn)很可能就是(shì)存(cún)在着一(yī)种我们看不到的(de)物质，是这(zhè)些暗物(wù)质的引力效应将星系(xì)聚(jù)集(jí)在了一(yī)起。

也是从这时开(kāi)始，越(yuè)来越多的研究人员(yuán)开(kāi)始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系(xì)外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当(dāng)中暗物(wù)质(zhì)的质量占整个星(xīng)系(xì)质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项新(xīn)的研究当中，科(kē)学(xué)家们发现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小差(chà)异。另(lìng)外，天文(wén)学(xué)家还(hái)发现(xiàn)了一(yī)个反常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地(dì)球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但(dàn)是星系当(dāng)中存在(zài)的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有银河系的千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在(zài)理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的(de)恒(héng)星(xīng)运动是可以用正(zhèng)常的物(wù)质和力学(xué)定律(lǜ)来解释(shì)的。那么又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的(de)暗物(wù)质，已经被附近的(de)另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质(zhì)的假说之外，另(lìng)一种可(kě)能就是人类对引力的理解(jiě)还不够(gòu)全面，引力很可(kě)能在(zài)不(bù)同尺度(dù)空间中的工作(zuò)方式(shì)是不(bù)同的(de)，这意味(wèi)着(zhe)在行(xíng)星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨道(dào)，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的(de)方式。对(duì)于在星系团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科(kē)学家还(hái)引(yǐn)入(rù)了外部场效应的概念，指的(de)是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此特殊的(de)效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进行修(xiū)正，这些发现也让(ràng)很多人认为(wèi)暗物(wù)质假说(shuō)理论就(jiù)此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于(yú)暗物质(zhì)存在的其他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理论(lùn)证据是(shì)蒙德理论所没(méi)法解释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的(de)子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的星系团所(suǒ)组成，类(lèi)似(shì)这样的星团(tuán)，它们大部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时(shí)候(hòu)，星际气体的(de)相互(hù)作用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以在(zài)理论(lùn)上(shàng)，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系团大(dà)部分的(de)质量将位于所有这些气体所(suǒ)在(zài)的中间(jiān)区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到(dào)底是(shì)不是集(jí)中(zhōng)在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以(yǐ)明(míng)显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨(jù)大(dà)的形(xíng)变。其实这(zhè)些星系(xì)本(běn)身并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题(tí)，而是(shì)这样极遥远的(de)天体和我们(men)地球(qiú)上的观测(cè)者之间(jiān)。被一个质(zhì)量超级巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个(gè)超(chāo)大质量的(de)东(dōng)西(xī)的引力，会(huì)使(shǐ)身后更(gèng)遥(yáo)远星系(xì)的(de)光都发生了扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就(jiù)是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的时候，发(fā)现它的(de)大质量区(qū)域(yù)并不是在中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个(gè)区(qū)域，并在(zài)两边(biān)形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在(zài)的迄(qì)今为止最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还(hái)有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部(bù)分(fēn)表(biǎo)示温度较高的区(qū)域(yù)，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷的区域，但实际上(shàng)它(tā)们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后的二值图(tú)像进(jìn)行连通域(yù)提取和(hé)标(biāo)记(jì)之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增(zēng)加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才(cái)变(biàn)得(dé)看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的(de)测量值(zhí)，我们需要(yào)的(de)暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系(xì)当中恒星(xīng)运动(dòng)所(suǒ)需要(yào)的(de)暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了(le)很多不同的观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质的(de)本(běn)质就(jiù)是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型(xíng)的粒子，它们不参与任(rèn)何其(qí)他的(de)电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相互作用。所(suǒ)以如(rú)果能够(gòu)找到这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子的存在，就相当于找到(dào)了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已经提出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目(mù)标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些(xiē)不同的目标(biāo)粒子所需要(yào)的实验方式也(yě)不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们已(yǐ)经进(jìn)行了超过(guò)50次的实验，却没有(yǒu)任何实(shí)质性的发现，除(chú)了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地球上最大(dà)的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的(de)探测(cè)器(qì)，一直致力于(yú)寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子(zi)的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观(guān)测到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年都(dōu)是一样。一些科学家认(rèn)为(wèi)这可能(néng)是人类发现暗物质的第一(yī)个直(zhí)接证据(jù)。

但是为什么暗物(wù)质会(huì)产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银(yín)河系进行(xíng)移动，那么如果暗物(wù)质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这意味(wèi)着(zhe)我们(men)也在以这(zhè)样(yàng)的速(sù)度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程(chéng)中会产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到完(wán)全(quán)一致，这是(shì)理论上地(dì)球穿(chuān)越暗物质流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到(dào)了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系相对(duì)银河系的(de)平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用(yòng)来解释，研究人员们所观测(cè)到(dào)的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然(rán)也(yě)可能有其他的情况，造成这(zhè)种年(nián)度周期(qī)信号(hào)的(de)差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量(liàng)也符合(hé)这个周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又(yòu)在南(nán)半(bàn)球建(jiàn)立(lì)了一个几乎相同的实(shí)验室(shì)，这里的季节(jié)与之前的实验(yàn)室(shì)正(zhèng)好相反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过(guò)暗物质流(liú)的运动(dòng)特(tè)征和(hé)第(dì)一个实验室是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如(rú)果(guǒ)在这里(lǐ)可以(yǐ)得到(dào)相同的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物(wù)质所(suǒ)存(cún)在(zài)的(de)非常有力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚(gāng)建成不(bù)久，所以截(jié)至目前还无法提供相应(yīng)的数据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台(tái)太空望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但(dàn)它的(de)宽视场仪器提供的视野(yě)是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希(xī)格(gé)雷斯罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中一个关(guān)键的(de)用途就是探索暗物(wù)质背后的(de)奥秘(mì)，对(duì)于(yú)探测的(de)结果，我们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费米实(shí)验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗(àn)物(wù)质(zhì)存在，它们极(jí)有(yǒu)可能(néng)拥(yōng)有另一种神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗(àn)物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命(mìng)进化的一个(gè)重要因(yīn)素。

如果这一理论(lùn)得到进(jìn)一步的证实，那么(me)遍(biàn)布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创造(zào)生(shēng)命。当然，这些推论的(de)大前提(tí)是要先找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存不存(cún)在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新(xīn)的动力(lì)！

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