宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在(zài)科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的证据(jù)，科学家们在过(guò)去的几十年当中(zhōng)进(jìn)行(xíng)了(le)超过50次的(de)长期(qī)实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任(rèn)何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学数(shù)学(xué)原(yuán)理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学(xué)家(jiā)们发(fā)现(xiàn)某些天体运(yùn)行(xíng)轨道出现(xiàn)异常，不符合(hé)万有(yǒu)引力定律的(de)时候，他们就会知道，周围(wéi)一定(dìng)有未知(zhī)的天(tiān)体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星(xīng)运行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推算(suàn)并且发现了海王星的(de)存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都(dōu)是应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这些(xiē)发现都(dōu)是在恒星系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当我(wǒ)们上升到星系或(huò)者是(shì)星团(tuán)的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星系团(tuán)的质量。这是一(yī)个(gè)由数千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被引力束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果(guǒ)一(yī)致，就(jiù)可以确定(dìng)其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种是获得其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要的(de)数据是(shì)测(cè)量各个(gè)星系的(de)光度。

第二(èr)种是动力(lì)学(xué)质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中的各个(gè)星系相(xiāng)对(duì)于(yú)星系团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学(xué)质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所存在(zài)，我们(men)无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现(xiàn)星系团(tuán)中很多(duō)星(xīng)系的(de)速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力是(shì)无法将它们束缚在星(xīng)系(xì)团内的，它们早就应(yīng)该被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大部分(fēn)的(de)质量(liàng)。只是当(dāng)时(shí)的人(rén)们对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词才再一次出(chū)现。天(tiān)文学家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特在(zài)观测仙女座星系中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运动。理论上来(lái)说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就(jiù)会越慢。但是(shì)他(tā)们观(guān)测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可(kě)是根据(jù)牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质(zhì)量(liàng)来(lái)吸引它们，这些外围的(de)恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基(jī)于这(zhè)种现象，科(kē)学家们(men)会使(shǐ)用一(yī)种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结(jié)果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射(shè)电(diàn)望(wàng)远镜测量(liàng)了(le)距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿(dùn)的力学(xué)定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银(yín)河(hé)系中(zhōng)心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有引力定(dìng)律进行计(jì)算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕银河(hé)系(xì)旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论(lùn)速度，那(nà)么产(chǎn)生以上这种向心加(jiā)速(sù)度(dù)的原因很可能(néng)就是存(cún)在着一种我们看不到的物质，是这些暗(àn)物(wù)质的(de)引力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越来越多的(de)研(yán)究人员(yuán)开始相信暗物质(zhì)的(de)存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗(àn)物(wù)质的质(zhì)量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释(shì)这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的(de)研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河(hé)系(xì)不多(duō)，但是星(xīng)系当中存在的恒(héng)星(xīng)数量(liàng)却只有(yǒu)银河系的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进的(de)望(wàng)远镜对其(qí)进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运(yùn)动是可以用正常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那么(me)又有人提(tí)出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近(jìn)的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能(néng)就是人类对引力的(de)理解还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方(fāng)式(shì)是不同的，这意味着(zhe)在行(xíng)星系尺度(dù)中的天体会沿着它们的(de)轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是(shì)不(bù)同(tóng)的方(fāng)式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用(yòng)，科学家还引入了(le)外部场效(xiào)应的概念，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这意味着我们需要(yào)对现在(zài)的物理定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人认(rèn)为(wèi)暗物质假说理论(lùn)就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在(zài)的其他的理论证据(jù)，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团(tuán)所组成，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们大部分(fēn)的普通质量(liàng)都在(zài)星系的气体当中(zhōng)。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会导致温度的(de)急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于所有这(zhè)些气体所(suǒ)在的中间区域。那么(me)我们(men)通过什么来验证它的质(zhì)量区域(yù)到底是不是(shì)集中在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可(kě)以明(míng)显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变(biàn)。其(qí)实(shí)这些星(xīng)系本身并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也(yě)不(bù)是韦(wéi)伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和我们地(dì)球上的(de)观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨(jù)大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西(xī)的(de)引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的(de)黑洞(dòng)或者(zhě)是(shì)暗物(wù)质(zhì)。

所以当(dāng)人们(men)对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区(qū)域并(bìng)不是(shì)在(zài)中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观(guān)测(cè)到的(de)质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直(zhí)接通过了这个区域，并在两(liǎng)边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对(duì)子(zi)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(jīn)为(wèi)止最好(hǎo)的理论(lùn)证(zhèng)据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下了(le)各相同(tóng)性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对较冷的(de)区域，但实际上它们之(zhī)间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过(guò)对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连(lián)通域(yù)提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该是这样的(de)，而随着暗物质(zhì)的增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们(men)需(xū)要(yào)的暗(àn)物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与(yǔ)解(jiě)释星系当中恒(héng)星运动(dòng)所需(xū)要的(de)暗(àn)物(wù)质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理论(lùn)框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们不(bù)参与任何其(qí)他的(de)电磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来相(xiāng)互(hù)作(zuò)用。所(suǒ)以(yǐ)如果(guǒ)能(néng)够找到这种粒子的(de)存在，就相当于找到(dào)了暗物质(zhì)存(cún)在的实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们已经提出了(le)数十种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不同的目(mù)标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了(le)寻找这些看不见(jiàn)、摸不(bù)到(dào)，几(jǐ)乎不会(huì)与常(cháng)规(guī)物质相互(hù)作用的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们(men)已经进(jìn)行了(le)超过50次的实验，却没有任何(hé)实(shí)质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个地方，意大(dà)利(lì)的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一(yī)直致(zhì)力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声(shēng)称观(guān)测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年的数据收(shōu)集，人(rén)们(men)发现了一个有(yǒu)趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在(zài)20年当中每(měi)年都是一样。一些科(kē)学家认为(wèi)这可(kě)能是人类发现暗物质的(de)第(dì)一个直接证据。

但是(shì)为(wèi)什么(me)暗(àn)物(wù)质会(huì)产生周期(qī)性的年度信号(hào)呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系(xì)正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银河系进行移(yí)动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)我们也在(zài)以这样的(de)速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中(zhōng)会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕(rào)太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则(zé)与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好(hǎo)达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到(dào)了最(zuì)慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科(kē)学家认为这可(kě)以用来(lái)解释(shì)，研(yán)究人(rén)员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他(tā)的情况，造成这种年(nián)度周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合这个周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同(tóng)的实验室，这里(lǐ)的(de)季节与之(zhī)前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运(yùn)动(dòng)特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得到相同的(de)信(xìn)号，就可以成(chéng)为暗物(wù)质所(suǒ)存(cún)在的非常有力的(de)证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至(zhì)目前(qián)还无(wú)法提供相应的数据(jù)支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽(kuān)视场仪器提供的(de)视(shì)野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个(gè)关键的用途(tú)就是探索(suǒ)暗物质(zhì)背后的(de)奥秘，对于(yú)探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物(wù)理中(zhōng)心(xī省属国企和央企有什么区别 所有央企都是国企吗n)的科(kē)学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘(mì)的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的一(yī)个重(zhòng)要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这(zhè)样的效应创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些(xiē)推论的大前(qián)提是要先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持(chí)是我更新的动力！

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