宇宙(zhòu)是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的(de)“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类(lèi)为了(le)寻找暗物质存在的证据(jù)，科学(xué)家们在过去的几(jǐ)十年当中进行了超(chāo)过50次的长期(qī)实验(yàn)，但是却(què)没有发现(xiàn)任何(hé)的有(yǒu)效证据。除了一个(gè)地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了(le)万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的规律。往后的(de)几(jǐ)百年来，当天文学家们(men)发现某(mǒu)些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有引力(lì)定(dìng)律的时候(hòu)，他们就会知(zhī)道，周围一(yī)定有未知的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动它的(de)轨道(dào)。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过天王(wáng)星运(yùn)行轨道的异常，推算并且(qiě)发(fā)现了海王星(xīng)的(de)存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定(dìng)律所取(qǔ)得(dé)重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现(xiàn)都是(shì)在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者(zhě)是星团(tuán)的(de)尺度，事情就开始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正在(zài)研究和(hé)测(cè)量后(hòu)发星系团的(de)质当断不断必受其乱是什么意思，当断不断 必受其乱下一句量。这(zhè)是一个由数(shù)千个星(xīng)系(xì)所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在(zài)一起。测(cè)量(liàng)星(xīng)系团的(de)质量一般(bān)会使用(yòng)到两种方(fāng)法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以(yǐ)确定其质(zhì)量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测量(liàng)各个星系(xì)的(de)光(guāng)度。

第(dì)二种是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移(yí)测量(liàng)星系团中的各个星(xīng)系(xì)相(xiāng)对于(yú)星系团的运动速度。当测量结(jié)果出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不(bù)以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度(dù)的过程中，兹威基发(fā)现星系团中很多星系的(de)速(sù)度比理(lǐ)论(lùn)上要快得多(duō)，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产生的引力(lì)是无(wú)法将它们(men)束缚(fù)在星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛(pāo)出星(xīng)系团(tuán)之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的(de)力量(liàng)在(zài)起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝(jué)大(dà)部分的(de)质(zhì)量。只是当时的人们对(duì)这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯(kěn)特福(fú)特(tè)在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运(yùn)行(xíng)速度就会越(yuè)慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感到不可思(sī)议(yì)。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变(biàn)。可(kě)是(shì)根(gēn)据牛(niú)顿(dùn)的(de)万有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系(xì)当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸(xī)引(yǐn)它(tā)们，这些(xiē)外围的恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相对(duì)标准的方(fāng)法来解(jiě)释(shì)暗物(wù)质的(de)存(cún)在，这(zhè)种方法就(jiù)是(shì)测(cè)量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异(yì)常的(de)结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入(rù)其中。

于是科(kē)学(xué)家们通过射(shè)电望远镜测量(liàng)了距(jù)离星系(xì)中心更远距(jù)离的氢元(yuán)素，发现它们的旋(xuán)转速(sù)度并不(bù)符合(hé)牛顿的(de)力学(xué)定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系(xì)的第三悬臂之上(shàng)，距离(lí)银(yín)河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是(shì)存(cún)在着(zhe)一(yī)种我们看(kàn)不到(dào)的物质，是(shì)这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也(yě)是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研究人(rén)员开(kāi)始相信暗物(wù)质的存(cún)在(zài)。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整个(gè)星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的(de)原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另(lìng)外，天(tiān)文学家(jiā)还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银(当断不断必受其乱是什么意思，当断不断 必受其乱下一句yín)河系不(bù)多，但(dàn)是星系(xì)当中存(cún)在的恒(héng)星数量却只有银(yín)河系的千分之(zhī)一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该(gāi)星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详(xiáng)细测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星运动(dòng)是可以(yǐ)用(yòng)正(zhèng)常的物质和力学定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么(me)又有人提(tí)出，也(yě)许该星(xīng)系的(de)暗(àn)物质，已经(jīng)被(bèi)附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的(de)附近(jìn)没有(yǒu)任何星(xīng)系(xì)存在。造成这些现象的除了(le)暗物(wù)质的假说之外(wài)，另一(yī)种可能就是人类对引(yǐn)力(lì)的理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作(zuò)方(fāng)式(shì)是不(bù)同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨(guǐ)道(dào)，按(àn)照我们(men)所理解(jiě)的方式运(yùn)动。但是上升到星(xīng)系(xì)和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团(tuán)之间的(de)相互作用(yòng)，科(kē)学家还引(yǐn)入(rù)了外(wài)部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会(huì)产生对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这意味着(zhe)我们需(xū)要对现在的(de)物理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质(zhì)存(cún)在的其他的理论证据(jù)，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的(de)子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的(de)星团(tuán)，它们大部分(fēn)的普通质(zhì)量都在星(xīng)系的气(qì)体当中(zhōng)。当(dāng)星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星(xīng)系团大部(bù)分的(de)质量将位(wèi)于所有这(zhè)些气体所在(zài)的中间(jiān)区(qū)域(yù)。那么(me)我们通过什么来验证它的质量区(qū)域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一(yī)张全彩的(de)高清照片，在照片中我们可以明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形变(biàn)。其(qí)实这些(xiē)星(xīng)系本身并(bìng)不是真的被扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯望(wàng)远镜出了(le)什么(me)问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系(xì)的(de)光都发生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就(jiù)是(shì)引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当(dāng)人们对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释(shì)方法(fǎ)就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被(bèi)观测(cè)到(dào)的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物(wù)质则直接通过了这个区(qū)域，并(bìng)在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星系团的(de)引力透(tòu)镜研究也被认为是暗(àn)物质(zhì)存(cún)在(zài)的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万(wàn)年(nián)之后，可(kě)见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无(wú)阻地穿越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留下了(le)各相(xiāng)同(tóng)性的(de)微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表示温度(dù)较高的区域(yù)，蓝色则(zé)表示相对较冷的区(qū)域，但(dàn)实际(jì)上(shàng)它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取和(hé)标记之(zhī)后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗(àn)物(wù)质，图(tú)形看起来(lái)不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背景辐射(shè)的测量值(zhí)，我(wǒ)们需要的(de)暗(àn)物质大约是(shì)普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数(shù)字(zì)与(yǔ)解释星(xīng)系当中恒星(xīng)运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单(dān)的理论(lùn)框架，就很好地解释了(le)很多(duō)不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁(cí)作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来相互作用。所(suǒ)以如果能够(gòu)找到这种粒(lì)子的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找到(dào)了暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家们已经(jīng)提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需(xū)要(yào)的实验方式也不(bù)相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到(dào)，几乎(hū)不会(huì)与常规物质相互作用的(de)“暗(àn)物质”，科学家们已经进行(xíng)了(le)超过(guò)50次的实(shí)验，却没有任何实质性的(de)发(fā)现，除了一个(gè)地方，意(yì)大利(lì)的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的(de)地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层(céng)楼高(gāo)的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物(wù)质粒子的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多(duō)年(nián)的数据收集，人们(men)发现了一个有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然(rán)后在11月(yuè)降到(dào)最低(dī)，而且(qiě)在20年当中每年都(dōu)是一(yī)样。一(yī)些科学家(jiā)认(rèn)为(wèi)这(zhè)可能(néng)是人类发现暗物质的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗物质(zhì)会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质(zhì)存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这(zhè)意味着我(wǒ)们(men)也在以这样(yàng)的速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质(zhì)流(liú)，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同(tóng)时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球(qiú)围(wéi)绕太(tài)阳(yáng)的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年(nián)则与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物(wù)质流(liú)最(zuì)快的时(shí)段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平面(miàn)呈(chéng)现了60度的(de)倾(qīng)斜，但是这并不影响这(zhè)个理论(lùn)的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释，研究人员(yuán)们所观(guān)测(cè)到的(de)周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造(zào)成这种年(nián)度周期(qī)信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意(yì)大利游客(kè)的(de)数量也符合(hé)这个周期(qī)的(de)规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球(qiú)建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之前的实验室(shì)正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这(zhè)里(lǐ)可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存(cún)在的非常有力的证(zhèng)据(jù)了。但是由(yóu)于这(zhè)个实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以截(jié)至目前还无法(fǎ)提供相应的数据支(zhī)持(chí)。另(lìng)外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷(léi)斯罗(luó)曼(màn)”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的(de)宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个(gè)关键的用途就是探索暗物(wù)质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测(cè)的结果，我们只能拭(shì)目以待了(le)。费(fèi)米实(shí)验室(shì)粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的(de)诞生，或者说是生命进(jìn)化(huà)的一个(gè)重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进(jìn)一步的(de)证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗物(wù)质正在通(tōng)过这样的(de)效应创造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的大前提(tí)是要先找到(dào)暗物(wù)质存在的实际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存(cún)不存(cún)在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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