宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为何(hé)会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什(shén)么(me)？人类为(wèi)了寻找暗物(wù)质存(cún)在的证据(jù)，科学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据。除(chú)了(le)一个地方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学数学原(yuán)理一书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了(le)万有引(yǐn)力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几百年(nián)来，当天文学家们(men)发现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出(chū)现(xiàn)异(yì)常，不符(fú)合万有(yǒu)引力定(dìng)律的时(shí)候，他们(men)就会(huì)知道，周围一(yī)定有(yǒu)未知(zhī)的(de)天(tiān)体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天(tiān)王星运行轨道的(de)异常，推算并(bìng)且发现了(le)海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发(fā)现都是(shì)应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就的(de)例子。但是这(zhè)些发(fā)现都是(shì)在(zài)恒星系统的(de)尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的(de)物(wù)理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一(yī)个由数(shù)千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这(zhè)些星系被引(yǐn)力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系(xì)团(tuán)的质量一般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就可以确定其(qí)质量的(de)范围(wéi)。

第一(yī)种是(shì)获得其"光度(dù)学的(de)质(zhì)量"，需(xū)要的数据是测量各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测量星(xīng)系团中的(de)各个星(xīng)系相(xiāng)对于(yú)星系团的运动速(sù)度。当测量结(jié)果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基发现星(xīng)系(xì)团(tuán)中很多星系(xì)的(de)速度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可(kě)见星系的(de)质量所产生的引力是无法(fǎ)将它们束(shù)缚在星系团内的，它(tā)们(men)早就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用(yòng)，这种力(lì)量来源于某(mǒu)种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可(kě)见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它(tā)们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是(shì)当(dāng)时的人(rén)们(men)对这样的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出(chū)现。天文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的(de)运行速度(dù)就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却(què)让人(rén)感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是(shì)根据牛顿的(de)万有引力定律，在(zài)星系当中如果没有足(zú)够大的质(zhì)量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家们(men)会使用(yòng)一(yī)种(zhǒng)相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就是测(cè)量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物质的(de)力(lì)量进(jìn)入其中。

于是科(kē)学家们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发(fā)现它(tā)们的旋(xuán)转速(sù)度并不符合(hé)牛顿的力(lì)学定律。我们的太(tài)阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银(yín)河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有(yǒu)引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度(dù)远远大于理论速(sù)度，那么(me)产生以上(shàng)这种向心加速(sù)度的原(yuán)因(yīn)很(hěn)可能(néng)就是存在(zài)着一(yī)种我们看不到(dào)的(de)物质，是这些(xiē)暗物质(zhì)的(de)引力效应将星系(xì)聚集(jí)在了一起。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研究(jiū)人(rén)员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗(àn)物质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个现象的原因(yīn)。在(zài)一(yī)项新的研究当(dāng)中，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也会出现速(sù)度上(shàng)的微小差(chà)异。另外，天文(wén)学家还(hái)发现了(le)一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿(yì)光年，大(dà)小(xiǎo)和银河(hé)系不多(duō)，但是星系当(dāng)中存(cún)在的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星系必须存(cún)在暗(àn)物质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最先进(jìn)的(de)望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之后，发现星系(xì)中(zhōng)的(de)恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用(yòng)正常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系(xì)的暗物质，已经被附(fù)近(jìn)的(de)另一个大星系(xì)剥离了(le)。奇(qí)怪的是(shì)，它的附近没(méi)有任何星(xīng)系存(cún)在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的(de)除(chú)了暗物(wù)质的假说之外(wài)，另一种可(kě)能(néng)就是人类对引力的理(lǐ)解(jiě)还不够全(quán)面，引力很可能(néng)在不(bù)同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)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(hù)作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的(de)相互作用，科(kē)学家还引(yǐn)入了(le)外部场效应的(de)概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对(duì)现在(zài)的物理定律进行修正，这些发(fā)现也让很多(duō)人认为暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物(wù)质(zhì)存在的(de)其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是(shì)蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它(tā)们大部分的普通质(zhì)量都(dōu)在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用(yòng)就会导(dǎo)致温度(dù)的(de)急剧(jù)升高(gāo)，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹(dàn)星系团大部(bù)分的(de)质量(liàng)将(jiāng)位于所(suǒ)有(yǒu)这(zhè)些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什(shén)么来(lái)验证它的质量(liàng)区(qū)域到底是不是集中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地看到很(hěn)多(duō)星系似乎(hū)被拉(lā)伸产生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其(qí)实(shí)这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问(wèn)题(tí)，而是(shì)这样极(jí)遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地球上的观测者之(zhī)间(jiān)。被一(yī)个质(zhì)量超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质量的(de)东西的引力，会(huì)使(shǐ)身后(hòu)更(gèng)遥远星系的(de)光都发(fā)生了(le)扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可(kě)能是超大(dà)质(zhì)量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发(fā)现它的(de)大质量区域并(bìng)不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法就(jiù)是当星团发生全部的(de)碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则(zé)直接通过(guò)了这个区域，并(bìng)在(zài)两边形(xíng)成了引力(lì)透镜。对子弹星系(xì)团的引(yǐn)力(lì)透镜研(yán)究也(yě)被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了(le)。经过了130多亿(yì)年(nián)之(zhī)后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留(liú)下了各(gè)相同(tóng)性的(de)微波辐(fú)射(shè)。其中红色的(de)部(bù)分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区(qū)域(yù)，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域(yù)，但实际上它们之间的温差(chà)只有万分(fēn)之(zhī)一。

科学(xué)家(jiā)们通过对前景(jǐng)背(bèi)景分离后(hòu)的二值图(tú)像进行连通域提取和标(biāo)记之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看(kàn)起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗(àn)物质的(de)增加，一些(xiē)峰值的(de)幅(fú)度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测(cè)量(liàng)值，我们(men)需要的(de)暗物(wù)申请结尾的恳请语怎么写，特此申请的特是什么意思质大约是普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字(zì)与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的(de)暗(àn)物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就(jiù)很好(hǎo)地解(jiě)释了很多不(bù)同的观测结果。而(ér)暗物质的(de)本(běn)质就是宇宙(zhòu)当中存(cún)在(zài)着(zhe)某(mǒu)种类(lèi)型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与任何其他(tā)的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通(tōng)过(guò)引力来相互(hù)作用。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什(shén)么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的(de)假(jiǎ)想目标，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不(bù)同(tóng)的目标粒子所需(xū)要的实验方式也(yě)不相同(tóng)。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎不(bù)会与常规物质(zhì)相互作用的(de)“暗物(wù)质”，科学(xué)家们(men)已经(jīng)进(jìn)行了超(chāo)过50次(cì)的实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除(chú)了一个地方，意(yì)大(dà)利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地(dì)球(qiú)上(shàng)最(zuì)大的地学(xué)实验(yàn)室，这个(gè)实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探测率会在(zài)每(měi)年(nián)的6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到(dào)最低，而(ér)且在(zài)20年当中每年都是(shì)一样。一些(xiē)科学家认为这可能是人类发现暗(àn)物质的第一个(gè)直接证据。

但(dàn)是为(wèi)什(shén)么暗(àn)物(wù)质会(huì)产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围绕着银河(hé)系(xì)进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我(wǒ)们(men)也(yě)在以这样的速(sù)度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河系(xì)的方向是一致的，而另(lìng)外半(bàn)年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月(yuè)份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到完全一(yī)致，这是(shì)理论上地球穿越(yuè)暗物(wù)质(zhì)流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)的情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个(gè)理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释，研(yán)究(jiū)人员(yuán)们所观测到的周期(qī)性信(xìn)号。当然也(yě)可(kě)能(néng)有其他(tā)的情况，造(zào)成这(zhè)种年(nián)度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合这(zhè)个(gè)周期的(de)规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又(yòu)在南半球建(jiàn)立了一(yī)个几乎(hū)相同(tóng)的(de)实验室(shì)，这里的季节与之前的实(shí)验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗(àn)物质流的运(yùn)动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到(dào)相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的(de)非常有力(lì)的证(zhèng)据(jù)了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目(mù)前还无(wú)法提供相(xiāng)应的(de)数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)其中(zhōng)一个关(guān)键的(de)用途就(jiù)是探索暗(àn)物质背(bèi)后的(de)奥(ào)秘，对于探测(cè)的结(jié)果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭(shì)目(mù)以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们(men)极有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当(dāng)中的暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这样的效(xiào)应创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的大前提是要(yào)先(xiān)找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支(zhī)持是(shì)我更新的(de)动力(lì)！

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