宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科(kē)学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么(me)？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家们(men)在过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何(hé)的有效证据。除了一(yī)个地(dì)方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引(yǐn)力(lì)定律，它揭(jiē)示(shì)了(le)宇宙(zhòu)中天体运动的规(guī)律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当天文学家(jiā)们发(fā)现某些天(tiān)体运行轨道出现异常(cháng)，不(bù)符合(hé)万有引力(lì)定(dìng)律的(de)时(shí)候(hòu)，他们就会(huì)知道，周围一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现(xiàn)了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的发现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重大(dà)天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都(dōu)是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上(shàng)升到(dào)星系或者是星团(tuán)的尺度，事(shì)情就(jiù)开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理(lǐ)学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测量(liàng)后发星(xīng)系(xì)团的质(zhì)量。这是(shì)一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般会使(shǐ)用到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法结果(guǒ)一致，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第一种是获(huò)得其(qí)"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需要的数据是测(cè)量各个星(xīng)系(xì)的(de)光度。

第二种(zhǒng)是动力学质(zhì)量的(de)计算，是利(lì)用光谱红移(yí)测量星系团(tuán)中的各个星系相对(duì)于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可(kě)见光的形式所(suǒ)存在(zài)，我们无(wú)法(fǎ)看到(dào)。最诡异(yì)的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团中很(hěn)多星系的(de)速度比理论上要快(kuài)得多，按(àn)照牛(niú)顿的运动(dòng)学(xué)定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的(de)质(zhì)量所产生的(de)引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的(de)力(lì)量(liàng)在(zài)起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了(le)这样部分(fēn)不可(kě)见的暗质，它不发散光(guāng)、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却占(zhàn)据着(zhe)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(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天(tiān)文(wén)学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特在观(guān)测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上(shàng)来说(shuō)，距离(lí)中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速(sù)度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人感到(dào)不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在(zài)星系当中(zhōng)如果没有足够(gòu)大的(de)质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的(de)方法(fǎ)来解释暗物(wù)质(zhì)的存在，这种方法就是(shì)测量星系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出(chū)现(xiàn)异(yì)常的结果，就认为是(shì)由(yóu)暗物(wù)质(zhì)的(de)力量进入其中。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜测量了距离星(xīng)系(xì)中心(xīn)更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素，发(fā)现它(tā)们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的(de)第(dì)三悬臂(bì)之上，距离银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力(lì)定律进行计算，太(tài)阳系(xì)的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这(zhè)个实(shí)际速度(dù)远(yuǎn)远大于(yú)理论速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这(zhè)种向心加速度的原(yuán)因(yīn)很可能就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我们看不到(dào)的(de)物质，是这些暗(àn)物质的引(yǐn)力效应(yīng)将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究(jiū)人员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度(dù)，估(gū)算在星系(xì)当中暗(àn)物(wù)质的质量(liàng)占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不是唯一可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的(de)遥远恒(héng)星之(zhī)间(jiān)，也会出现速度(dù)上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文(wén)学家(jiā)还发(fā)现(xiàn)了一个(gè)反(fǎn)常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银河系不多，但是(shì)星(xīng)系当中(zhōng)存(cún)在的恒星数(shù)量却只有银(yín)河(hé)系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则就(jiù)会(huì)分(fēn)崩离(lí)析。但(dàn)是科(kē)学家(jiā)们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时(shí)的(de)详细测量之后，发现星系中的(de)恒星运动(dòng)是(shì)可以用正常的物(wù)质和力学定律来(lái)解(jiě)释的。那(nà)么(me)又有人(rén)提出，也(yě)许该星系的(de)暗物质，已经被附近的(de)另一个(gè)大(dà)星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗(àn)物(wù)质的假说(shuō)之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能(néng)就是人类对引力(lì)的理解还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度(dù)空间(jiān)中的工作方式是不同的，这意味着在(zài)行(xíng)星(xīng)系尺(chǐ)度中(zhōng)的天(tiān)体会沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动。但是(shì)上升到星(xīng)系和星团的尺度(dù)，引力之(zhī)间的相互作用则是(shì)不同(tóng)的方式。对(duì)于在(zài)星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入(rù)了外部场效(xiào)应的概念，指的是在(zài)数百万(wàn)光年的规模(mó)上，巨大的(de)质量(liàng)之间(jiān)会产生对(duì)彼(bǐ)此特殊(shū)的效果(guǒ)，这(zhè)个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意(yì)味着(zhe)我(wǒ)们需要对现在的物理定律进行(xíng)修(xiū)正，这些(xiē)发现也让(ràng)很多人认为(wèi)暗物(wù)质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗物质存在的其他(tā)的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法(fǎ)解(jiě)释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向距离(lí)为37亿光(guāng)年的(de)子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似(shì)这样的星团，它(tā)们大部分的普(pǔ)通质量都在星系(xì)的气体(tǐ)当(dāng)中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作(zuò)用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在(zài)理论上(shàng)，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所有这些气体所在的(de)中间区(qū)域。那么我们通过什(shén)么(me)来验证它的质(zhì)量(liàng)区(qū)域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在(zài)照片中(zhōng)我(wǒ)们(men)可以明显地(dì)看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们地(dì)球上的(de)观测(cè)者(zhě)之(zhī)间。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨(jù)大的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个(gè)超(chāo)大质量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星(xīng)系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的(de)黑洞(dòng)或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测的(de)时(shí)候(hòu)，发现它的大质量区域并(bìng)不是在(zài)中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在(zài)了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子(zi)弹星系团的引力(lì)透镜(jìng)研究也(yě)被(bèi)认为是暗(àn)物质存在的(de)迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论(lùn)证据(jù)。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在(zài)宇宙(zhòu)当中了(le)。经过了(le)130多亿年(nián)之后，这些光在(zài)宇宙空(kōng)间背景上留(liú)下了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的部(bù)分表示温度(dù)较高(gāo)的(de)区域，蓝色则表示(shì)相(xiāng)对较冷的(de)区域(yù)，但实际上(shàng)它(tā)们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学(xué)家(jiā)们(men)通过对前(qián)景背景分离后的二值(zhí)图像进行连(lián)通(tōng)域提取和标(biāo)记之后发(fā)现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不(bù)应(yīng)该是这(zhè)样的，而随着暗(àn)物(wù)质的增加，一(yī)些峰值(zhí)的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的(de)暗物质(zhì)大约是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数字与解(jiě)释星(xīng)系(xì)当中(zhōng)恒(héng)星运(yùn)动所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论(lùn)框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观(guān)测结果。而暗物质的本(běn)质就(jiù)是宇宙当中存在(zài)着某种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引力来(lái)相互作(zuò)用。所以如(rú)果能(néng)够找到(dào)这种粒(lì)子的存在，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是什么(me)？科学家们已经提出了数(shù)十种的(de)假想目标(biāo)，而要寻(xún)找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的(de)实(shí)验方式也不相同。在过去的几十年当中，人(rén)类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与(yǔ)常(cháng)规物质相互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行了超(chāo)过(guò)50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何(hé)实(shí)质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最大的地学实验(yàn)室，这个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这(zhè)里的科学家声称观(guān)测到了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了(le)20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会(huì)在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当(dāng)中(zhōng)每年(nián)都是(shì)一样。一(yī)些科学(xué)家认(rèn)为(wèi)这(zhè)可能是(shì)人(rén)类发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么(me)暗物质会产生周(zhōu)期性的(de)年度信号(hào)呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了(le)太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河(h菜鸟没有扫码出库直接拿走有什么影响手机上怎么搞é)系(xì)进行移动，那么如(rú)果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速度(dù)在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向是一(yī)致(zhì)的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳(yáng)的(de)方向正(zhèng)好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗(àn)物(wù)质流(liú)最快(kuài)的时(shí)段。而在11月份，又恰好(hǎo)达(dá)到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个(gè)理论的有效性。

因此科学(xué)家认为(wèi)这(zhè)可以用来解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性(xìng)信(xìn)号。当然也可能有(yǒu)其(qí)他的情(qíng)况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大(dà)利游客的(de)数量(liàng)也符合这个(gè)周期的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们(men)又在南半(bàn)球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物(wù)质流的运动(dòng)特(tè)征(zhēng)和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以(yǐ)得(dé)到(dào)相同的(de)信(xìn)号，就可以成(chéng)为(wèi)暗物(wù)质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这(zhè)个实(shí)验室(shì)刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜(jìng)，这(zhè)台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但它的(de)宽视场仪(yí)器提供的视野(yě)是哈勃红外(wài)仪器的(de)100倍(bèi)。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键的(de)用(yòng)途就是(shì)探索(suǒ)暗物质(zhì)背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能(néng)拭目(mù)以待(dài)了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果暗(àn)物质(zhì)存在(zài)，它们极有可能拥(yōng)有(yǒu)另一(yī)种神秘的(de)效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如(rú)果这(zhè)一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某(mǒu)个(gè)角落的(de)行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的(de)效应(yīng)创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这些推论的(de)大(dà)前提是(shì)要先找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉(jué)得(dé)暗(àn)物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持(chí)是我更新的动力！

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