宇(yǔ)宙是“人(rén)为制(zhì)造(zào)”的？为何会存在科(kē)学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但(dàn)是却(què)没有发(fā)现(xiàn)任何的(de)有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一(yī)个地方，在(zài)1687年(nián)出(chū)版的自然哲(zhé)学数学原理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛(niú)顿发表了(le)万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨(guǐ)道(dào)出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时(shí)候，他们就会知道，周围一(yī)定有未(wèi)知的天体(tǐ)通过(guò)引力在摄(shè)动它(tā)的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒维耶就(jiù)通(tōng)过天王星运(yùn)行轨道(dào)的(de)异常(cháng)，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得重大(dà)天(tiān)文成(chéng)就的(de)例子。但是(shì)这些发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事(shì)情就开始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是(shì)一个由(yóu)数千个星系(xì)所组成的(de)巨(jù)大(dà)星系团，这些(xiē)星(xīng)系(xì)被(bèi)引力束缚(fù)在一起。测(cè)量星系(xì)团的质量一般会(huì)使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一(yī)致(zhì)，就可以确定其质量的(de)范围。

第一(yī)种是获得其"光(guāng)度(dù)学的(de)质量"，需要的(de)数(shù)据是测(cè)量(liàng)各个星(xīng)系的光度。

第二(èr)种是(shì)动(dòng)力学质(zhì)量的计算(suàn)，是利用光谱红(hóng)移(yí)测量星系团中(zhōng)的各个星系相对(duì)于(yú)星系(xì)团的(de)运(yùn)动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以全都是泡沫下一句套路是什么，全都是泡沫的下一句套路答案可见光的(de)形式所存(cún)在，我们(men)无法(fǎ)看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在测(cè)量速(sù)度的(de)过(guò)程中，兹威(wēi)基(jī)发(fā)现星(xīng)系团中很多星系的速度(dù)比理论上(shàng)要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系(xì)的质量(liàng)所产生的引(yǐn)力是无(wú)法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星(xīng)系团之外(wài)了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于(yú)某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维基提出(chū)了这样(yàng)部分不可见(jiàn)的(de)暗质，它不发散光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的(de)人们对这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次(cì)出现。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在(zài)观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距(jù)离中(zhōng)心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速(sù)度(dù)就会越慢。但是他们观测的(de)结(jié)果(guǒ)却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度(dù)几乎保持不(bù)变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质(zhì)量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早(zǎo)就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准(zhǔn)的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的(de)存在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量星系当中气(qì)体在(zài)X轴上距(jù)离星系(xì)中(zhōng)心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物质的(de)力量(liàng)进入其中。

于是科(kē)学家们(men)通过(guò)射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更远距离(lí)的(de)氢元素(sù)，发现(xiàn)它(tā)们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的(de)太(tài)阳系也不例(lì)外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距(jù)离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太(tài)阳系的运行(xíng)速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么(me)产生以上这种向心(xīn)加速度的原因很(hěn)可能就是存在(zài)着一种我们看不到的(de)物质，是这(zhè)些暗物(wù)质的引力效应将星(xīng)系聚集在(zài)了一(yī)起。

也是从这(zhè)时开始(shǐ)，越(yuè)来(lái)越多的(de)研(yán)究人员开始相信(xìn)暗物质的存(cún)在。科(kē)学家(jiā)根据星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质(zhì)的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研(yán)究(jiū)当中，科学(xué)家们发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的(de)微小差异。另(lìng)外，天文(wén)学家还(hái)发现(xiàn)了(le)一个(gè)反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河系不多，但是(shì)星(xīng)系当中存在的恒星数量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系必(bì)须存在(zài)暗物质，否则就会(huì)分崩离(lí)析(xī)。但是科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了(le)40个小(xiǎo)时的详细测量之(zhī)后，发现星系(xì)中的恒星运动是可以用正常的物(wù)质和力学(xué)定律来解(jiě)释的(de)。那(nà)么又(yòu)有人(rén)提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附(fù)近的(de)另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引(yǐn)力的理解(jiě)还(hái)不够(gòu)全面，引力(lì)很可能(néng)在(zài)不同尺(chǐ)度(dù)空间中的(de)工作方(fāng)式(shì)是不同的，这意(yì)味着在(zài)行星系尺(chǐ)度中的(de)天体会沿(yán)着(zhe)它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方(fāng)式运(yùn)动。但是上升到(dào)星系和(hé)星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力之间的(de)相互作用则是(shì)不同的方式。对于在星系团之间的(de)相互作用，科(kē)学家(jiā)还引(yǐn)入了外部场效(xiào)应的概念，指的是(shì)在(zài)数百(bǎi)万光年(nián)的规模上(shàng)，巨(jù)大的质量之(zhī)间(jiān)会产(chǎn)生(shēng)对(duì)彼(bǐ)此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要(yào)对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发(fā)现也让(ràng)很(hěn)多(duō)人认为暗物质假说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类(lèi)似这样的(de)星团(tuán)，它们(men)大(dà)部(bù)分(fēn)的普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际(jì)气(qì)体的相互(hù)作用就(jiù)会导(dǎo)致温度(dù)的急(jí)剧(jù)升高，速度(dù)大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部(bù)分的质量将位(wèi)于所有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那(nà)么(me)我们通过什(shén)么来验(yàn)证它的质量区域到底(dǐ)是不是集(jí)中在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第(dì)一张全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很多(duō)星系(xì)似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是(shì)这样(yàng)极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一(yī)个质量(liàng)超级(jí)巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个(gè)巨大的天体(tǐ)可能是超(chāo)大质量的黑洞或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以当人们(men)对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大(dà)质量(liàng)区(qū)域并不(bù)是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释(shì)方法(fǎ)就(jiù)是当星团发(fā)生全(quán)部的碰撞时，可被观测(cè)到的(de)质量气(qì)体被卡在了(le)中间，暗物(wù)质(zhì)则直接通(tōng)过了这个(gè)区域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的(de)理论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还(hái)有(yǒu)来自(zì)宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间(jiān)背(bèi)景上(shàng)留下了各相同(tóng)性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们(men)之间的温差只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学(xué)家们(men)通过对(duì)前景背景(jǐng)分离(lí)后的二值图(tú)像(xiàng)进行连通域提取和(hé)标记之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样的(de)，而随着暗物(wù)质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐射的(de)测量值(zhí)，我们需要的暗物质大(dà)约(yuē)是普通物(wù)质的(de)5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单的(de)理论(lùn)框架，就很好地解释(shì)了很多不(bù)同(tóng)的观测结果。而(ér)暗物质的本(běn)质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的(de)粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子(zi)的存在，就相当于找到了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们(men)已经提(tí)出了数(shù)十种的假想目标(biāo)，而要(yào)寻找这些不同的(de)目标粒子所需要的实验方式(shì)也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常(cháng)规物(wù)质相(xiāng)互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已(yǐ)经进行(xíng)了(le)超过(guò)50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个(gè)地(dì)方(fāng)，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的(de)探测器，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发现(xiàn)了(le)一个有(yǒu)趣的(de)事情。探(tàn)测(cè)率(lǜ)会在每年的(de)6月份达(dá)到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每(měi)年都是一样。一些科学家认为这(zhè)可能(néng)是人类(lèi)发(fā)现(xiàn)暗物(wù)质的第(dì)一(yī)个直接(jiē)证(zhèng)据(jù)。

但(dàn)是(shì)为什(shén)么暗物(wù)质会产(chǎn)生(shēng)周期性(xìng)的年度信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了太(tài)阳系正在(zài)以220公里/秒的速(sù)度围绕着银(yín)河系进(jìn)行移动，那么(me)如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以这样的速度在穿(chuān)越着暗(àn)物(wù)质(zhì)流(liú)，这个(gè)过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银(yín)河系(xì)的方向是一致(zhì)的，而另外半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候，地球与(yǔ)太阳的(de)方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上(shàng)地(dì)球穿(chuān)越暗(àn)物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对(duì)银河系(xì)的平(píng)面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个(gè)理论的(de)有效性(xìng)。

因(yīn)此(cǐ)科学家认(rèn)为这(zhè)可以用(yòng)来(lái)解释，研究人员们(men)所观测到(dào)的(de)周期性信号。当然(rán)也(yě)可能有其他的情况，造(zào)成这(zhè)种年度周期(qī)信号的差异也(yě)可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山(shān)上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游客的数量也符(fú)合这个周(zhōu)期(qī)的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又(yòu)在南半(bàn)球建立(lì)了一(yī)个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验室，这里(lǐ)的季节与(yǔ)之前的实验(yàn)室(shì)正好相(xiāng)反(fǎn)，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以(yǐ)得到相同(tóng)的信(xìn)号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常(cháng)有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键的用(yòng)途就是探(tàn)索暗物质背后的(de)奥秘，对(duì)于探测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬(fēn)研究(jiū)发现，如果暗(àn)物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化的(de)一个重要因素。

如(rú)果这(zhè)一(yī)理(lǐ)论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并(bìng)不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。那(nà)么(me)小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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