宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制(zhì)造”的(de)？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什么？人类(lèi)为(wèi)了寻(xún)找(zhǎo)暗物(wù)质存在的证据，科学家(jiā)们(men)在过(guò)去的(de)几(jǐ)十年当中(zhōng)进行了超过50次的(de)长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何的(de)有效证据。除(chú)了(le)一个(gè)地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨(sà)克(kè)牛(niú)顿发表了(le)万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运(yùn)动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不(bù)符(fú)合万有引力(lì)定(dìng)律的时候，他们就会知道(dào)，周围(wéi)一定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了(le)海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这些发(fā)现(xiàn)都是(shì)在恒星系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们上升(shēng)到(dào)星系或者(zhě)是星团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨(cí)兹(zī)威基正在(zài)研(yán)究和测量后(hòu)发星系团的质量。这(zhè)是一个由数千个星系(xì)所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量(liàng)一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的(de)质(zhì)量"，需要的数据(jù)是测量(liàng)各(gè)个星系的光(guāng)度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个(gè)星系(xì)相对于星系团的(de)运(yùn)动(dòng)速度。当测量结果出来(lái)之后(hòu)，兹威基(jī)彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的(de)质(zhì)量并不以可见光(guāng)的(de)形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹(zī)威(wēi)基发现(xiàn)星系(xì)团(tuán)中(zhōng)很(hěn)多星系的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠(kào)这(zhè)些可见星(xīng)系的质(zhì)量所产(chǎn)生的(de)引力是无法将它们束缚(fù)在星系团内的(de)，它们早就应该(gāi)被抛出(chū)星系团之外了(le)，除非(fēi)有一种神(shén)秘的力量(liàng)在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提(tí)出(chū)了这样部分(fēn)不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却(què)占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝(jué)大(dà)部(bù)分(fēn)的质量。只是当时(shí)的人们(men)对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物质”这个词(cí)才(cái)再(zài)一(yī)次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观(guān)测仙女座星系中的恒星(xīng)运动(dòng)。理论上来说，距(jù)离中(zhōng)心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感(gǎn)到(dào)不可思议。

随(suí)着与(yǔ)中心(xīn)距(jù)离的增加，恒星(xīng)的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可是(shì)根(gēn)据牛顿(dùn)的万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)，在星系当(dāng)中(zhōng)如(rú)果(guǒ)没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星(xīng)早就被(bèi)甩(shuǎi)到(dào)宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会(huì)使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释暗物质的(de)存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距(jù)离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其(qí)中。

于是科学家们(men)通过射电望(wàng)远镜测(cè)量了距离(lí)星系中心更远距(jù)离的氢(qīng)元素，发现它(tā)们(men)的旋转速度并不符(fú)合牛(niú)顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于(yú)银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该(gāi)是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速(sù)度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论(lùn)速度，那(nà)么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就是存(cún)在(zài)着一种我(wǒ)们(men)看不到的物(wù)质，是这些暗(àn)物质(zhì)的引力效应将星系聚集在(zài)了(le)一(yī)起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始，越(yuè)来越(yuè)多的研(yán)究人员开始相信(xìn)暗(àn)物(wù)质的存在(zài)。科学家(jiā)根据星系外(wài)恒星轨道(dào)的速度，估算(suàn)在(zài)星系当(dāng)中暗物质的质(zhì)量占整(zhěng)个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解释(shì)这(zhè)个(gè)现象的原因。在一(yī)项新的研究当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应(yīng)的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也(yě)会出(chū)现速度上(shàng)的(de)微小差异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发现了一(yī)个反常的(de)星系(xì)，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和(hé)银(yín)河系不多，但是(shì)星系当中存(cún)在的恒(héng)星数量却只有(yǒu)银河系的千分(fēn)之一。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星系必须存在暗物(wù)质，否(fǒu)则(zé)就会分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测(cè)量之后，发现星系(xì)中的恒星运(yùn)动是(shì)可以(yǐ)用正(zhèng)常的物(wù)质和力学定律(lǜ)来解释的。那么(me)又有人提出，也(yě)许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近(jìn)的(de)另一个大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它的(de)附近没有任何(hé)星系存在(zài)。造成这些现象的除(chú)了暗(àn)物(wù)质的假说之外(wài)，另一种可能就是(shì)人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不(bù)够全(quán)面，引(yǐn)力很可能(néng)在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同(tóng)的，这意(yì)味着在行星(xīng)系尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿着它们的(de)轨道(dào)，按照(zhào)我们所理解(jiě)的方(fāng)式(shì)运(yùn)动。但是上(shàng)升(shēng)到星(xīng)系和星团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的(de)相互作(zuò)用(yòng)则(zé)是不同的方式。对(duì)于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还(hái)引入了(le)外部场效应的概念，指的是(shì)在数百(bǎi)万光年的规模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间(jiān)会(huì)产生对彼此特殊的(de)效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进(jìn)行修(xiū)正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论就(jiù)此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似(shì)这样的星团(tuán)，它们大(dà)部分的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公(gōng)里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞的时候，星际(jì)气体的(de)相互(hù)作用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系团大(dà)部分的质量将位于所有这些气体所在(zài)的中间区域。那么我们通过什么来(lái)验证(zhèng)它的(de)质量(liàng)区(qū)域到底(dǐ)是不是集中在中(zhōng)间(jiān)呢？前(qián)不(bù)久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦(wéi)伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照片中(zhōng)我们(men)可以明(míng)显地看到很(hěn)多(duō)星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大(dà)的(de)形变(biàn)。其实(shí)这(zhè)些星(xīng)系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了(le)什么问(wèn)题，而是这样(yàng)极遥(yáo)远的天体和(hé)我们地球(qiú)上的观(guān)测者之间(jiān)。被一个(gè)质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身(s虚部是什么意思，复数的实部和虚部是什么hēn)后更遥远星系的(de)光都发生了(le)扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就是引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是(shì)超大质(zhì)量的黑洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对(duì)子弹星系(xì)团观测(cè)的时候，发现它的(de)大质量区域并(bìng)不是在(zài)中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发(fā)生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间(jiān)，暗物质(zhì)则直接通过了这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹(dàn)星系团的(de)引力透镜研究(jiū)也(yě)被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其(qí)中红色(sè)的部分表示温度较高的(de)区域，蓝(lán)色(sè)则表示相对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实际(jì)上(shàng)它们之间的温差只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学家们通过对(duì)前(qián)景(jǐng)背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提(tí)取(qǔ)和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一(yī)些峰(fēng)值的幅度(dù)会(huì)减小，才变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的(de)测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例是一(yī)致的。这就意味着(zhe)。

用了(le)一个(gè)简单的(de)理论框架，就(jiù)很好地解释了(le)很多不同(tóng)的观(guān)测(cè)结果。而暗物质(zhì)的本(běn)质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何(hé)其(qí)他(tā)的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过(guò)引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就(jiù)相当于(yú)找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么(me)？科(kē)学家们已(yǐ)经提出了数十(shí)种的(de)假想目标(biāo)，而要寻(xún)找这(zhè)些不(bù)同的(de)目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这些看不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行了(le)超过50次的(de)实验，却没有任(rèn)何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了一个(gè)地(dì)方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的(de)地(dì)学实(shí)验(yàn)室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的科(kē)学家声称观测到(dào)了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多年的数虚部是什么意思，复数的实部和虚部是什么据(jù)收集，人们发现了一个有趣的(de)事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中(zhōng)每(měi)年都是一(yī)样。一些科学家认为这可能(néng)是(shì)人(rén)类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周(zhōu)期(qī)性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物(wù)质存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度在(zài)穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的(de)速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的(de)方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达(dá)到完全一(yī)致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的(de)时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的(de)平(píng)面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不(bù)影响这个理论的(de)有效性。

因此(cǐ)科(kē)学家(jiā)认为(wèi)这可以用来(lái)解(jiě)释，研究人(rén)员(yuán)们所观测到的(de)周期性信号。当(dāng)然(rán)也可(kě)能有其他的(de)情况，造成这种年(nián)度周期信(xìn)号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的(de)积(jī)雪，甚(shèn)至连意(yì)大利游客的数量也符合这(zhè)个周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球建立(lì)了(le)一个几乎(hū)相同(tóng)的(de)实(shí)验室，这里(lǐ)的季节(jié)与之(zhī)前的实验室正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征和(hé)第一个实验(yàn)室是一样的(de)。

因此，如(rú)果在这(zhè)里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常(cháng)有力的(de)证据了。但是由(yóu)于这个实(shí)验(yàn)室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无(wú)法提供(gōng)相应的数(shù)据(jù)支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它的(de)宽视场仪器提(tí)供(gōng)的视野是哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键(jiàn)的用途(tú)就是探索(suǒ)暗物质背后(hòu)的(de)奥(ào)秘，对(duì)于探测的结果，我们(men)只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子(zi)天体(tǐ)物理(lǐ)中(zhōng)心的(de)科学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特芬研究(jiū)发(fā)现，如果暗(àn)物质存在(zài)，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有(yǒu)另(lìng)一(yī)种神秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或(huò)者说是(shì)生命(mìng)进化(huà)的一个重要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某个角落的行(xíng)星(xīng)上，暗(àn)物质正在(zài)通过这(zhè)样的效(xiào)应(yīng)创造生命。当然(rán)，这些推论的大前(qián)提(tí)是要(yào)先找到暗物(wù)质存(cún)在的(de)实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是(shì)我更新(xīn)的动力！

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