宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为何会(huì)存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是(shì)什么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)存在的(de)证据，科学家们在过(guò)去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的(de)长期实(shí)验，但是却没有发(fā)现任(rèn)何(hé)的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了(le)万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的规律(lǜ)。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)的时候，他(tā)们就会知道(dào)，周围(wéi)一定有未知的天体通过引力在(zài)摄(shè)动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就(jiù)通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算(suàn)并且(qiě)发(fā)现了海王星的存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是(shì)应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺度当中，可(kě)当我(wǒ)们(men)上升(shēng)到星系(xì)或者是星团的尺度(dù)，事情就开始变得(dé)诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基正在研究(jiū)和测量后发星系团的质(zhì)量。这是(shì)一个由数(shù)千个星系所(suǒ)组成的(de)巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系(xì)团(tuán)的质(zhì)量一般会使用到两种方法(fǎ)，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获(huò)得(dé)其"光(guāng)度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学(xué)质量的计算，是利(lì)用光谱红移测(cè)量星系团中的各个(gè)星系相对于星系团(tuán)的运动速度。当测(cè)量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后(hòu)发座(zuò)星(xīng)系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可见光的形式(shì)所存在(zài)，我(wǒ)们无(wú)法看(kàn)到(dào)。最诡异的是(shì)，在(zài)测量速度的(de)过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星(xīng)系的速度(dù)比(bǐ)理论(lùn)上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星系的质量所(suǒ)产(chǎn)生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之外了(le)，除非有一种神秘(mì)的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于(yú)某种隐形的(de)物质。

据此，兹维(wéi)基提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的人们对这(zhè)样的(de)一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一(yī)次(cì)出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙(xiān)女座星(xīng)系(xì)中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其(qí)轨道(dào)上的运行速度(dù)就(jiù)会越慢。但是他们观(guān)测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定(dìng)律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果没有足(zú)够大的质(zhì)量来吸(xī)引它们(men)，这些外(wài)围的恒星早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科(kē)学(xué)家们会使用一种相对标(biāo)准的方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是(shì)测量星(xīng)系当(dāng)中气体在(zài)X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的(de)旋(xuán)转速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入其(qí)中。

于是(shì)科学家们通过(guò)射电望远镜测(cè)量了距离星(xīng)系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不(bù)例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳系(xì)的(de)运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速(sù)度围绕银河系旋转，这(zhè)个(gè)实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速(sù)度的原因很可能就(jiù)是(shì)存在(zài)着(zhe)一(yī)种我们看不到的物质，是(shì)这些暗物质(zhì)的引力(lì)效应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来(lái)越多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的(de)存在。科(kē)学(xué)家根据(jù)星系外恒星轨道的速(sù)度，估(gū)算在星系当中暗物(wù)质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一(yī)可以解释这个现象的原因(yīn)。在一(yī)项新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银(yín)河(hé)系(xì)不多，但是星系当中存在的(de)恒星(xīng)数量却(què)只有(yǒu)银河系(xì)的千分之(zhī)一(yī)。

所以在理论上，该(gāi)星系必(bì)须存在(zài)暗物质(zhì)，否则就会分(fē三大改造的内容和意义，简述三大改造的内容n)崩(bēng)离析。但是科学家们(men)使用最先进(jìn)的望远镜对其进行(xíng)了(le)40个(gè)小时的(de)详细(xì)测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动(dòng)是可以用正常的(de)物质(zhì)和力学定律来(lái)解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一(yī)个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能(néng)在(zài)不同(tóng)尺度空(kōng)间中的工(gōng)作(zuò)方式(shì)是不同的，这(zhè)意味着在(zài)行星(xīng)系(xì)尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道(dào)，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系(xì)和星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力之间的(de)相互作用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学(xué)家还引入了(le)外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会(huì)产生对彼此特(tè)殊的效果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的其(qí)他(tā)的(de)理(lǐ)论证据，这些理论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所(suǒ)组成，类似(shì)这样的星团，它(tā)们大(dà)部分的普通质量都在星(xīng)系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大(dà)幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分的质量(liàng)将位于所有这(zhè)些(xiē)气(qì)体所在的中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们(men)通过什么来(lái)验证它的质量区域到底(dǐ)是(shì)不(bù)是(shì)集中在(zài)中间(jiān)呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空望远镜(jìng)传回(huí)了宇宙当中第(dì)一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可(kě)以明显地看到很多(duō)星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身(shēn)并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和(hé)我们(men)地球上的观测者(zhě)之(zhī)间。被一个质量超级(jí)巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力(lì)，会使(shǐ)身后(hòu)更遥(yáo)远星(xīng)系的光都(dōu)发(fā)生了扭曲(qū)。这个(gè)现象就是引力(lì)透(tòu)镜效应。这(zhè)个(gè)巨大的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以当人(rén)们对子(zi)弹星系团观测的时候，发现它的(de)大(dà)质量区域并不是(shì)在中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以(yǐ)最好的(de)解释方法(fǎ)就是(shì)当星(xīng)团(tuán)发生全部(bù)的(de)碰撞时，可(kě)被观测到(dào)的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域(yù)，并在两边形成了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研究(jiū)也(yě)被认为(wèi)是(shì)暗物(wù)质(zhì)存在的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自(zì)宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见(jiàn)光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上(shàng)留下了各(gè)相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表(biǎo)示温(wēn)度较(jiào)高的区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相对较冷(lěng)的(de)区(qū)域，但实际上(shàng)它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过(guò)对前(qián)景背(bèi)景分离(lí)后(hòu)的(de)二值图像进行连通域提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物质，图形(xíng)看(kàn)起(qǐ)来不应该是这样的(de)，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个(gè)数字与解(jiě)释星系(xì)当中恒星运动所(suǒ)需要(yào)的暗(àn)物质比例(lì)是(shì)一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个(gè)简单的理(lǐ)论框架，就(jiù)很(hěn)好地(dì)解释了很多不同的(de)观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何其他(tā)的电磁作用，只通(tōng)过(guò)引力来相互(hù)作用。所以(yǐ)如果能(néng)够找到这种粒子的(de)存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到(dào)底是(shì)什么？科学家们已经(jīng)提出了(le)数十种的假想目标，而要(yào)寻(xún)找这些不同(tóng)的目标粒(lì)子所需要(yào)的实验方式也不相同。在(zài)过去(qù)的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物质相互(hù)作用的(de)“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何(hé)实质性的发现，除了(le)一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探(tàn)测(cè)器(qì)，一(yī)直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声(shēng)称观测到了某(mǒu)种信号。经过了(le)20多(duō)年的数据(jù)收集，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都(dōu)是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是人类发(fā)现暗(àn)物质的第一个(gè)直接证据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物质会(huì)产(chǎn)生周(zhōu)期(qī)性的(de)年度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质存在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们(men)也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方(fāng)向是一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的(de)时候，地(dì)球(qiú)与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好(hǎo)达到了最慢(màn)值(zhí)。尽(jǐn)管在实际(jì)的情况中，太阳系(xì)相对银河系的(de)平(píng)面呈现了60度的(de)倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论(lùn)的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学家认为这可(kě)以用来解释(shì)，研(yán)究人(rén)员们(men)所观测(cè)到的周期性(xìng)信号。当然也可(kě)能有(yǒu)其他(tā)的情(qíng)况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异(yì)也可能(néng)是(shì)温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分(fēn)、高山(shān)上的(de)积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利(lì)游客(kè)的(de)数量也符(fú)合(hé)这个周期的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在南半球建立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节(jié)与之前的实验室(shì)正好相(xiāng)反，而在这里，地球(qiú)穿过暗(àn)物(wù)质(zhì)流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得(dé)到相同的(de)信号，就可(kě)以成为暗物质所存在的(de)非常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但是(shì)由于这个实(shí)验室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的(de)望远镜(jìng)，这台太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视场(chǎng)仪器提供(gōng)的视野是哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一个关键的用(yòng)途就是(shì)探索(suǒ)暗物(wù)质背后的(de)奥(ào)秘，对于探测(cè)的结(jié)果，我们(men)只能拭目以待了(le)。费米实(shí)验室粒子天体物理中(zhōng)心(xīn)的科学家(jiā)丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它们极有(yǒu)可能(néng)拥有(yǒu)另一种神秘的(de)效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或(huò)者说是生命进化(huà)的(de)一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进一步(bù)的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这样的效应创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些推(tuī)论的(de)大前提是要先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物(wù)质到(dào)底存不存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你的(de)支持是(shì)我更新的动力！

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