宇宙是“人为制(zhì)造(zào)”的？为(wèi)何会(huì)存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什(shén)么？人类为(wèi)了寻找暗物(wù)质存在的(de)证(zhèng)据(jù)，科(kē)学家们在过(guò)去的几(jǐ)十年当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时候，他(tā)们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通(tōng)过引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王星运行轨(guǐ)道(dào)的异常，推算并(bìng)且发现(xiàn)了(le)海王星的存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用(yòng)万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可(kě)当我们(men)上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事(shì)情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物(wù)理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究(jiū)和测量(liàng)后发星系团(tuán)的(de)质量。这是一个由(yóu)数千个星(xīng)系(xì)所组成的巨大星(xīng)系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团的(de)质量(liàng)一般会使用到(dào)两(liǎng)种方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学的(de)质(zhì)量(liàng)"，需(xū)要(yào)的数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是(shì)动力(lì)学质量的计(jì)算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各(gè)个星系相对于星(xīng)系(xì)团(tuán)的运动速(sù)度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发座星系(xì)团(tuán)有99%的质量消失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质(zhì)量并(bìng)不以可见光的形(xíng)式所(suǒ)存(cún)在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中很(hěn)多(duō)星系的速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系(xì)团内(nèi)的(de)，它(tā)们早就(jiù)应该被抛出星(xīng)系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹维(wéi)基提出了(le)这样部(bù)分不可(kě)见的暗质，它不发(fā)散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的(de)质量(liàng)。只(zhǐ)是当(dāng)时(shí)的人们对(duì)这(zhè)样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物质”这个词(cí)才再一次(cì)出(chū)现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在观(guān)测(cè)仙(xiān)女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是(shì)他们观测的结果却(què)让人(rén)感(gǎn)到不(bù)可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星(xīng)的(de)旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如果没有足(zú)够(gòu)大的(de)质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一(yī)种相对(duì)标准的(de)方法来解释暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测量(liàng)星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距(jù)离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物(wù)质的力(lì)量(liàng)进入其中。

于是(shì)科学家们通过射(shè)电(diàn)望远镜(jìng)测量了距(jù)离(lí)星系(xì)中心更远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度并(bìng)不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位(wèi)于银河(hé)系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律进行计(jì)算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太(tài)阳系(xì)正在以220千米/秒的(de)速度围绕银(yín)河系旋转，这个(gè)实际速度远远大(dà)于理论速度(dù)，那么产生以上这种向心加速度的(de)原因(yīn)很可能就是存(cún)在着一种我(wǒ)们(men)看不到(dào)的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也(yě)是从这时(shí)开(kāi)始，越来越多的研究人员(yuán)开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根(gēn)据(jù)星系(xì)外恒星轨道的(de)速(sù)度，估算在(zài)星(xīng)系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可(kě)以解释这(zhè)个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会出现速(sù)度上的微(wēi)小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一(yī)个反常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只有银河(hé)系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细(xì)测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正常的物(wù)质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也(yě)许该星(xīng)系的(de)暗物质(zhì)，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的(de)是，它的(de)附近(jìn)没有(yǒu)任何星系存在。造成这(zhè)些现象的(de)除了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人类对(duì)引力的理(lǐ)解还不够全(quán)面，引力很可能(néng)在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意(yì)味着在行星系(xì)尺度中的天体会沿着它(tā)们(men)的轨道，按(àn)照(zhào)我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相互作用(yòng)则是不同的(de)方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入(rù)了外(wài)部(bù)场效应的概念，指的是在(zài)数百(bǎi)万(wàn)光年的规(guī)模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物(wù)理(lǐ)定律进(jìn)行修正，这些发现也让(ràng)很多人(rén)认为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关(guān)于暗(àn)物质存在的(de)其他的理论证据，这(zhè)些理论(lùn)证据是蒙德(dé)理论所(suǒ)没法解释(shì)的(de)“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星团(tuán)，它们大部分的普通(tōng)质量都(dōu)在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系(xì)团大部(bù)分的(de)质量将(jiāng)位(wèi)于所有(yǒu)这些气(qì)体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通过什(shén)么(me)来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩(cǎi)的高清照片，在(zài)照片中我(wǒ)们(men)可以明显地看(kàn)到(dào)很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实这些星(xīng)系本(běn)身并不是真的(de)被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什(shén)么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观(guān)测者之间(jiān)。被(bèi)一(yī)个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的(de)光(guāng)都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最好(hǎo)的解释(shì)方法(fǎ)就是当星团(tuán)发生全部(bù)的(de)碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过了(le)这个区(qū)域，并在(zài)两边形(xíng)成了(le)引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的理(lǐ)论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地(dì)穿越在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过了(le)130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下了各(gè)相同(tóng)性的微(wēi)波辐射。其中红色的(de)部分表示温度(dù)较高(gāo)的(de)区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们(men)之间的温差(chà)只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背(bèi)景分离后的二值图像进(jìn)行连(lián)通域提取和标(biāo)记(jì)之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图(tú)形看起来不应(yīng)该是(shì)这样(yàng)的，而随着暗物质的(de)增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度(dù)会(huì)减小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射(shè)的测(cè)量值，我们需(xū)要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星运动所(suǒ)需要(yào)的暗物质比例是(shì)一致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就(jiù)很(hěn)好地(dì)解释(shì)了(le)很多(duō)不同的(de)观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它(tā)们(men)不参与任何(hé)其他(tā)的电磁作用，只通过引(yǐn)力来(lái)相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了暗(àn)物(wù)质存在的(de)实际证据。这种粒(lì)子(zi)到(dào)底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同的目标(biāo)粒(lì)子(zi)所(suǒ)需(xū)要的实验方式(shì)也不相同。在过(guò)去(qù)的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这(zhè)些看(kàn)不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了(le)一个地方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下矿井当中，藏(cáng)着地(dì)球上最大(dà)的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗(àn)物质粒(AVERAGE函数是什么意思，计算机average函数是什么意思lì)子(zi)的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人(rén)们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率(lǜ)会在每(měi)年的6月份达到(dào)峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质会(huì)产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了太(tài)阳系正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我们(men)也在以这样(yàng)的速度(dù)在穿(chuān)越着(zhe)暗物(wù)质流，这个过程中会产生(shēAVERAGE函数是什么意思，计算机average函数是什么意思ng)相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)进行(xíng)旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年的时间，地(dì)球围绕太(tài)阳(yáng)的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太(tài)阳的(de)方向正好达(dá)到完全一致，这是(shì)理论上地(dì)球穿越暗(àn)物(wù)质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认(rèn)为这可以用来解释，研究人员们所观测到(dào)的周期性信号(hào)。当然(rán)也可能有其他的情况，造成这种年(nián)度(dù)周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的(de)水分(fēn)、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数(shù)量也符合这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球(qiú)建立(lì)了一个(gè)几乎相(xiāng)同的实验室，这(zhè)里的(de)季节与(yǔ)之前的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的(de)运动特(tè)征(zhēng)和第一个实(shí)验室是一样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这里(lǐ)可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物(wù)质(zhì)所存(cún)在(zài)的非常有力的证据了。但是由于这(zhè)个(gè)实(shí)验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截(jié)至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大(dà)小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键的(de)用(yòng)途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘(mì)，对于探测的结果，我(wǒ)们(men)只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗(àn)物(wù)质效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是生命进化的(de)一个(gè)重要因素。

如(rú)果(guǒ)这一理论得到进一(yī)步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不(bù)孤单呢(ne)？或许在宇宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落(luò)的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在(zài)通过这样的(de)效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到(dào)暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗(àn)物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持(chí)是(shì)我更新的(de)动(dòng)力！

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