宇宙是“人为制(zhì)造(zào)”的？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家们在过去的(de)几(jǐ)十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验，但是却(què)没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数(shù)学(xué)原理一书中，埃(āi)萨(sà)克(kè)牛顿发表了(le)万有引力定律，它(tā)揭(jiē)示了(le)宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力定律的(de)时候，他们(men)就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过(guò)天王星(xīng)运(yùn)行轨道的异(yì)常，推(tuī)算并且发(fā)现(xiàn)了(le)海(hǎi)王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天(tiān)文成就(jiù)的例(lì)子(zi)。但是这些(xiē)发现都是在(zài)恒星(xīng)系统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当(dāng)我们上(shàng)升(shēng)到星系或者(zhě)是星团的(de)尺(chǐ)度，事(shì)情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正(zhèng)在研究和测(cè)量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星(xīng)系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系(xì)团的质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法结(jié)果一致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度(dù)学的质量"，需要(yào)的数据是测量各个(gè)星(xīng)系(xì)的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对(duì)于星系团的运动速度。当(dāng)测量结(jié)果出来之后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发座星(xīng)系(xì)团(tuán)有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团中很多星系的速度(dù)比理(lǐ)论(lùn)上要快(kuài)得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系的质(zhì)量所(suǒ)产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚(fù)在(zài)星系(xì)团内的(de)，它们早就(jiù)应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的力量在(zài)起作(zuò)用，这种力量来(lái)源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这(zhè)样部分不(bù)可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光(guāng)，但(dàn)是它们(men)却(què)占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们(men)对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特在(zài)观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒(héng)星运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观(guān)测的结(jié)果却(què)让(ràng)人(rén)感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星(xīng)的(de)旋(xuán)转速度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可是(shì)根(gēn)据(jù)牛顿(dùn)的万有引力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够大(dà)的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是测(cè)量(liàng)星系(xì)当中气(qì)体在(zài)X轴上距离(lí)星系中心的(de)距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度。如果出现(xiàn)异(yì)常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是(shì)科(kē)学家们通过射电(diàn)望远镜测(cè)量了距离星(xīng)系中心(xīn)更远距离的(de)氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系也(yě)不例外(wài)，太阳系(xì)位于银河系的第(dì)三(sān)悬臂之(zhī)上，距(jù)离银(yín)河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太(tài)阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的(de)速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于(yú)理(lǐ)论速度，那(nà)么产(chǎn)生(shēng)以(yǐ)上(shàng)这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在着一种我们看不到的(de)物质，是这些暗(àn)物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了一(yī)起。

也(yě)是从这(zhè)时开始(shǐ)，越(yuè)来越(yuè)多(duō)的(de)研究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨(guǐ)道的速(sù)度，估(gū)算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯一可(kě)以(yǐ)解(jiě)释这个现象的(de)原因。在(zài)一项新的研究(jiū)当中，科学家们(men)发现(xiàn)，几乎没有引力效应的(de)遥(yáo)远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另(lìng)外，天文学家(jiā)还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星(xīng)数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但(dàn)是(shì)科学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可(kě)以用正常的物质和力学定律来(lái)解释的。那(nà)么又有(yǒu)人(rén)提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附(fù)近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪(guài)的是，它(tā)的(de)附近没有任何星(xīng)系(xì)存在。造成这些(xiē)现象的(de)除(chú)了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对(duì)引(yǐn)力的(de)理解还不够全(quán)面，引(yǐn)力很可(kě)能在不同(tóng)尺度空间(jiān)中的(de)工(gōng)作(zuò)方式是不同的，这意味着在行(xíng)星系(xì)尺度中的天(tiān)体会沿着它(tā)们(men)的轨道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的(de)方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度(dù)，引力之(zhī)间的(de)相互作用则(zé)是不同(tóng)的方式。对(duì)于在星(xīng)系团之(zhī)间的相互(hù)作用，科(kē)学家还(hái)引入了外部(bù)场效应的(de)概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光年的规(guī)模(mó)上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这(zhè)意味着我们需要(yào)对现在的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让很多人(rén)认为(wèi)暗物(wù)质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中(zhōng)还(hái)有关(guān)于暗物质存(cún)在的其他的(de)理(lǐ)论证据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是(shì)蒙德理论所没(méi)法解(jiě)释的“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年的子弹(dàn)星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系的(de)气(qì)体当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的(de)急剧升(shēng)高，速度大(dà)幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域(yù)。那(nà)么我们通过什么来(lái)验证它的(de)质量(liàng)区(qū)域到底是(shì)不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)传回(huí)了宇(yǔ)宙当中第一张全(quán)彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片中我(wǒ)们可以(yǐ)明(míng)显(xiǎn)地(dì)看(kàn)到很(hěn)多星系(xì)似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被(bèi)一个质量超级(jí)巨大(dà)的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西(xī)的引力，会使身后(hòu)更(gèng)遥(yáo)远星系(xì)的光都发生了(le)扭曲。这个现象就(jiù)是引力透(tòu)镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大(dà)质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测(cè)的(de)时候，发(fā)现它(tā)的大质量区域并(bìng)不是在中间，而(ér)是(shì)在两侧。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团发生全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗(àn)物质存在的迄(qì)今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光终于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波(bō)辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部分表示温度(dù)较高(gāo)的区(qū)域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图(tú)像(xiàng)进行连通域提取和(hé)标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才(cái)变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需(xū)要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了(le)一个简单的理论框架(jià)，就(jiù)很(hěn)好(hǎo)地解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它们(men)不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过(guò)引力来相互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够(gòu)找到这种粒子(zi)的存在，就相当于找到了暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了(le)数十种的假想目标，而要寻(xún)找这(zhè)些不同的目标粒子所需要(yào)的实验方式也不相(xiāng)同。在过(guò)去的几十(shí)年当(dāng)中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规(guī)物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已(yǐ)经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了(le)一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个(gè)实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个(gè)三层楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物(wù)质粒(lì)子的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年(nián)以(yǐ)来(lái)，这里的科学家声(shēng)称观测到了(le)某种信号。经过(guò)了20多(duō)年的数据收集，人(rén)们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年(nián)的(de)6月份达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每(měi)年都是一样。一些科学(xué)家(jiā)认为这(zhè)可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗(àn)物质的第一(yī)个直接证(zhèng)据(jù)。

但(dàn)是为什(shén)么暗物质会(huì)产生周期性(xìng)的年(nián)度(dù)信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行(xíng)移(yí)动，那么(me)如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意帧率是高好还是低好，王者帧率是高好还是低好味着(zhe)我们也(yě)在以这样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的(de)时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向是一(yī)致的，而(ér)另外半年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质(zhì)流最快(kuài)的时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到(dào)了最(zuì)慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对(duì)银河(hé)系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这可以(yǐ)用来解释(shì)，研究人员(yuán)们所观测到(dào)的周期(qī)性(xìng)信(xìn)号。当然也可能有其他的(de)情况，造成这种年度周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山(shān)上的(de)积雪，甚至连(lián)意大利游(yóu)客的(de)数量也符合这个(gè)周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球建立(lì)了一个几乎相(xiāng)同的(de)实验(yàn)室，这里的季节与之前的(de)实验(yàn)室正(zhèng)好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流(liú)的运(yùn)动特(tè)征和(hé)第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可以得到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗(àn)物(wù)质所存(cún)在的非常有力的证据了。但(dàn)是(shì)由于这(zhè)个实(shí)验室刚刚(gāng)建成(chéng)不(bù)久，所以截至(zhì)目前还无法(fǎ)提供相应的(de)数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它(tā)的宽(kuān)视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键的用途就是(shì)帧率是高好还是低好，王者帧率是高好还是低好探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待(dài)了。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物(wù)质(zhì)效应，会支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到进一(yī)步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)的暗物质(zhì)会不(bù)会(huì)意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的行星(xīng)上(shàng)，暗(àn)物(wù)质正在通(tōng)过这样的效应创(chuàng)造生命。当(dāng)然(rán)，这(zhè)些推论的大(dà)前提(tí)是要先找到暗物质存在(zài)的实(shí)际证据(jù)。那么(me)小(xiǎo)伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更新的(de)动力！

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