宇宙是“人为制(zhì)造”的？为(wèi)何会存在科学(xué)无法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又究(jiū)竟是(shì)什(shén)么？人(rén)类(lèi)为了寻(xún)找暗物(wù)质存在的证据，科(kē)学家(jiā)们在过去的几十年(nián)当(dāng)中进行了超过50次(cì)的长期实(shí)验，但是(shì)却没有(yǒu)发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然(rán)哲(zhé)学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃(āi)萨(sà)克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天(tiān)体运行(xíng)轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时(shí)候(hòu)，他们就(jiù)会(huì)知道，周围一定有未知的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)通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引力定(dìng)律所取得重大天(tiān)文成就(jiù)的例子。但是这(zhè)些(xiē)发现都是在恒(héng)星系统的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事(shì)情就开(kāi)始变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和(hé)测(cè)量后(hòu)发(fā)星系团的质量(liàng)。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系(xì)被引力束缚在(zài)一起。测量(liàng)星系团的质量一般(bān)会使(shǐ)用到两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的范围(wéi)。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的(de)数据(jù)是测量各个星系(xì)的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的(de)各个星系相对于星(xīng)系团的运动(dòng)速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或者说(shuō)这99%的(de)质量(liàng)并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发(fā)现星系团中很(hěn)多星系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将(jiāng)它们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之(zhī)外了(le)，除(chú)非有一种神(shén)秘的力量(liàng)在起(qǐ)作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了这样(yàng)部(bù)分老师上课说脏话犯法吗，老师上课骂脏话违法吗不可见(jiàn)的暗质，它不发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光(guāng)，但(dàn)是它们(men)却(què)占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝(jué)大(dà)部分的质量。只是当时的人们对这(zhè)样的一种说法不(bù)屑(xiè)一顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出(chū)现。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在(zài)观测(cè)仙女座星系中的(de)恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距离(lí)中心(xīn)越(yuè)远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速度(dù)就会越慢。但是他们观(guān)测的结果却让(ràng)人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随(suí)着(zhe)与(yǔ)中心距离的增加(jiā)，恒(héng)星(xīng)的(de)旋(xuán)转速(sù)度(dù)几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸引它(tā)们(men)，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学家们(men)会使(shǐ)用一(yī)种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离(lí)，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为(wèi)是由(yóu)暗物(wù)质的(de)力(lì)量(liàng)进入(rù)其中。

于(yú)是科(kē)学家们通过(guò)射电望(wàng)远镜测量了距离星(xīng)系中心(xīn)更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的(de)力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系(xì)位于银河系(xì)的(de)第(dì)三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律进行计(jì)算，太(tài)阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度(dù)远远大(dà)于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向(xiàng)心加速度的原因很(hěn)可能(néng)就是(shì)存(cún)在着一(yī)种我们看不(bù)到的物质(zhì)，是这些暗物质的(de)引力效应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始，越来(lái)越多的研究人(rén)员开始相(xiāng)信暗物质的(de)存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中(zhōng)暗(àn)物质的(de)质量占(zhàn)整(zhěng)个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科(kē)学家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也(yě)会(huì)出现速(sù)度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发(fā)现了一(yī)个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存(cún)在暗物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们(men)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(cè)量(liàng)之后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以(yǐ)用(yòng)正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出(chū)，也许(xǔ)该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是(shì)人类(lèi)对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在(zài)不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工(gōng)作方(fāng)式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解(jiě)的方式运动。但是上(shàng)升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不同的方式(shì)。对于在(zài)星系(xì)团之间(jiān)的相互(hù)作用，科学家还引入了外(wài)部场效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的规模(mó)上，巨(jù)大的质量之间(jiān)会产生(shēng)对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立(lì)，这意味着我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此(cǐ)终结(jié)。但是在宇宙当中还(hái)有关(guān)于暗物质存在(zài)的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样(yàng)的星团，它们大部(bù)分的(de)普通质量都在(zài)星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气体的相(xiāng)互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分(fēn)的质(zhì)量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么来(lái)验证它的质(zhì)量区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在(zài)照片中我(wǒ)们可以明显地看(kàn)到(dào)很多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变(biàn)。其(qí)实(shí)这(zhè)些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远(yuǎn)镜出(chū)了(le)什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们(men)地球上的(de)观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的(de)天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身后更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大(dà)质量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当(dāng)人(rén)们对子弹星(xīng)系(xì)团观测(cè)的时(shí)候(hòu)，发现它的(de)大(dà)质量区域并不是(shì)在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是(shì)当(dāng)星团发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究(jiū)也(yě)被(bèi)认为(wèi)是暗物(wù老师上课说脏话犯法吗，老师上课骂脏话违法吗)质存(cún)在的迄(qì)今为止最好的(de)理(lǐ)论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光(guāng)在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射(shè)。其(qí)中红(hóng)色的部分表示温度(dù)较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际(jì)上它(tā)们之间的温差只(zhǐ)有万(wàn)分之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对前(qián)景背(bèi)景分(fēn)离后的二值图像进行连(lián)通(tōng)域提(tí)取和标(biāo)记之后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物(wù)质(zhì)，图形看(kàn)起来(lái)不应该(gāi)是这样的，而(ér)随(suí)着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的测量值，我们需(xū)要的(de)暗(àn)物(wù)质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解释星系当中恒星(xīng)运动所需要的(de)暗物质比例是一致的(de)。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒(lì)子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互(hù)作用。所以如果(guǒ)能够找到(dào)这种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经提出了数(shù)十种的假想目(mù)标，而要(yào)寻找这(zhè)些不同(tóng)的目标粒子所需要的实(shí)验方式也不相同(tóng)。在过去(qù)的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不(bù)到(dào)，几乎(hū)不会(huì)与(yǔ)常(cháng)规物质(zhì)相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超(chāo)过(guò)50次的(de)实验，却没有(yǒu)任何实(shí)质性(xìng)的(de)发(fā)现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探(tàn)测(cè)器，一直致力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科(kē)学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们(men)发(fā)现了一个有趣的事情。探测(cè)率会(huì)在每(měi)年(nián)的6月份达(dá)到(dào)峰(fēng)值，然后在(zài)11月降(jiàng)到(dào)最低(dī)，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一(yī)些科学家认为这可能是人类发(fā)现(xiàn)暗(àn)物(wù)质的第一(yī)个直(zhí)接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在(zài)以220公里/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银河(hé)系(xì)进行移动，那么如(rú)果暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在以这样的速(sù)度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个过(guò)程中会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡(dàng)，同(tóng)时地球(qiú)又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半(bàn)年的时间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银(yín)河系的方(fāng)向是一致的，而(ér)另外半年则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的(de)时段。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系(xì)的(de)平(píng)面呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释，研究人员们所观(guān)测(cè)到(dào)的(de)周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这(zhè)种年度(dù)周期信号的差异也可能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积(jī)雪(xuě)，甚(shèn)至连意大利游客的(de)数量也符合这(zhè)个周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建(jiàn)立了一个(gè)几乎(hū)相同的实(shí)验室(shì)，这里的季(jì)节与之(zhī)前的实(shí)验室(shì)正好(hǎo)相反，而(ér)在(zài)这(zhè)里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特(tè)征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得到相同的信号(hào)，就(jiù)可以成为暗(àn)物质所存在的非(fēi)常有力的证(zhèng)据了。但是(shì)由于这(zhè)个实验室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前(qián)还无(wú)法提供(gōng)相应的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台新的(de)望远镜，这(zhè)台太(tài)空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提(tí)供的视野是哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关(guān)键的用途(tú)就是探索暗物质背(bèi)后的(de)奥(ào)秘，对于探(tàn)测的结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质存在，它们极有可能拥(yōng)有另一(yī)种神秘的效(xiào)应(yīng)，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会不会(huì)意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找到(dào)暗物质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的(de)支(zhī)持(chí)是(shì)我更新(xīn)的(de)动力！

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