宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会存(cún)在(zài)科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证(zhèng)据，科学家们在过去(qù)的(de)几十年当(dāng)中进行了超过50次的(de)长期实验，但是(shì)却没有发现(xiàn)任何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲学数学原理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动的规(guī)律。往后的几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某(mǒu)些天体(tǐ)运行(xíng)轨道(dào)出(chū)现异(yì)常(cháng)，不(bù)符合万有引(yǐn)力定(dìng)律的时(shí)候，他(tā)们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体通过引力在摄动它的(de)轨道(dào)。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算并(bìng)且发现了海王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng钱塘自古繁华钱塘指的是哪个城市，钱塘指的是哪个城市的别称)王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定(dìng)律所取得(dé)重大天(tiān)文成(chéng)就(jiù)的例子(zi)。但是这(zhè)些发现(xiàn)都(dōu)是在(zài)恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我们上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究(jiū)和(hé)测量后发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系(xì)团，这些(xiē)星(xīng)系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系(xì)团的质(zhì)量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测(cè)量(liàng)各(gè)个星系的(de)光度。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红(hóng)移测量(liàng)星系团中的各个星(xīng)系相对于星系团的运动速度(dù)。当测(cè)量结果出(chū)来之后，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发(fā)座星系(xì)团有99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量并不(bù)以可见光的形式所存在，我们(men)无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是(shì)，在测量速(sù)度(dù)的过程中(zhōng)，兹(zī)威基(jī)发现星系团中很多星系的速度(dù)比理论(lùn)上要快得多(duō)，按照牛顿的(de)运动学(xué)定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见星系(xì)的(de)质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该(gāi)被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出(chū)了这(zhè)样(yàng)部分不可见的(de)暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却占据着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时(shí)的人(rén)们对这样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天文(wén)学(xué)家维(wéi)拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在(zài)观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的(de)恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就(jiù)会(huì)越慢。但是他们观测的结(jié)果却让(ràng)人感到不(bù)可思(sī)议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速(sù)度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可是(shì)根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在(zài)星(xīng)系当中如果(guǒ)没有(yǒu)足(zú)够大的(de)质量来(lái)吸钱塘自古繁华钱塘指的是哪个城市，钱塘指的是哪个城市的别称(xī)引它们，这些外围(wéi)的恒(héng)星(xīng)早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用一种相对(duì)标准的方(fāng)法来解释暗物质(zhì)的存(cún)在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量星系当中(zhōng)气(qì)体在(zài)X轴上距(jù)离星(xīng)系(xì)中(zhōng)心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现异(yì)常的结(jié)果，就(jiù)认为是由(yóu)暗物(wù)质(zhì)的力(lì)量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科学家们(men)通(tōng)过射电(diàn)望远镜测量了(le)距离星(xīng)系中(zhōng)心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们(men)的旋转速(sù)度(dù)并不符(fú)合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计(jì)算，太阳系(xì)的(de)运行速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实(钱塘自古繁华钱塘指的是哪个城市，钱塘指的是哪个城市的别称shí)际速度远远大(dà)于理(lǐ)论速度，那(nà)么产生以上(shàng)这(zhè)种向心加速度的原因很可能就(jiù)是存在着一种我们看(kàn)不(bù)到的物(wù)质，是(shì)这些暗(àn)物质的引力效(xiào)应(yīng)将星系聚集(jí)在(zài)了一起。

也(yě)是(shì)从这(zhè)时(shí)开始，越来(lái)越多的研究(jiū)人员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系(xì)当(dāng)中(zhōng)暗物(wù)质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以解释这个(gè)现象的原因。在一(yī)项新的研(yán)究(jiū)当(dāng)中，科学(xué)家们(men)发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力(lì)效(xiào)应的遥远恒星之(zhī)间，也会出(chū)现速度上(shàng)的微(wēi)小差异。另外，天(tiān)文学(xué)家还(hái)发现了一(yī)个(gè)反常(cháng)的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和银河(hé)系不多(duō)，但是星系当中存在(zài)的恒星数量(liàng)却只有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系(xì)必须存在暗物(wù)质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的望(wàng)远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒(héng)星(xīng)运动是(shì)可以用正(zhèng)常的物(wù)质和力学定律来解释(shì)的。那么(me)又有人提(tí)出，也许该星系的(de)暗物(wù)质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离(lí)了。奇怪的是(shì)，它的(de)附近没(méi)有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的(de)假说之(zhī)外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是人类对(duì)引力(lì)的理解还不够全面，引力很(hěn)可(kě)能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是(shì)不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体会沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度(dù)，引力之间的相互作用(yòng)则是不同的方式。对于在星系(xì)团之间的相互作(zuò)用，科学(xué)家还引(yǐn)入了(le)外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质(zhì)量之间会产生(shēng)对(duì)彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理(lǐ)定(dìng)律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很(hěn)多人(rén)认为(wèi)暗物质假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还(hái)有关(guān)于暗物质存在的(de)其他的(de)理论证据，这(zhè)些理论证据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它(tā)们大部分的(de)普通质量都在星(xīng)系的(de)气体当中。当(dāng)星(xīng)团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团大(dà)部分的质量将位于(yú)所有这些(xiē)气体所在的中(zhōng)间区域(yù)。那么我们通过什么来(lái)验证(zhèng)它的质量区域到底是不是(shì)集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空(kōng)望远(yuǎn)镜传(chuán)回(huí)了宇宙当(dāng)中第(dì)一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片(piàn)中我们(men)可(kě)以明显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其(qí)实这(zhè)些星(xīng)系(xì)本身并(bìng)不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥(yáo)远的(de)天(tiān)体(tǐ)和我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质(zhì)量超级(jí)巨大的(de)天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的东西的(de)引力，会使身(shēn)后(hòu)更(gèng)遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候(hòu)，发(fā)现它的大质(zhì)量区(qū)域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最(zuì)好的解释方(fāng)法(fǎ)就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在(zài)了中间(jiān)，暗物质则直接(jiē)通(tōng)过了这(zhè)个区域，并在两边形成了(le)引力透(tòu)镜。对子弹星系(xì)团的引(yǐn)力(lì)透镜研(yán)究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止最好的(de)理论证据(jù)。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终(zhōng)于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了130多(duō)亿年之后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相(xiāng)同(tóng)性的微波(bō)辐(fú)射。其中红色的部分(fēn)表示温度(dù)较高的区域，蓝色则(zé)表示相对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学(xué)家们通过对(duì)前景背景(jǐng)分离后的二值图像进(jìn)行连通(tōng)域提取和标记之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来(lái)不应该是这样的(de)，而随着(zhe)暗(àn)物质的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大约(yuē)是普通物(wù)质的5倍。这个数字(zì)与解释(shì)星系当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用(yòng)了(le)一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与任(rèn)何其他的(de)电磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来(lái)相(xiāng)互(hù)作用。所以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒子的存在(zài)，就(jiù)相当(dāng)于找到了(le)暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假想(xiǎng)目(mù)标，而(ér)要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的实验方式也(yě)不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类(lèi)为了寻(xún)找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们已经进(jìn)行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了(le)一(yī)个地方，意大(dà)利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室(shì)，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测(cè)器，一直(zhí)致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测(cè)率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降(jiàng)到(dào)最低，而且在20年(nián)当中每年都(dōu)是一(yī)样。一些(xiē)科学家认(rèn)为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会(huì)产生周期(qī)性的年(nián)度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着(zhe)银(yín)河(hé)系进行移动，那么(me)如果(guǒ)暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味(wèi)着我们也(yě)在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生(shēng)相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳的方(fāng)向与太(tài)阳(yáng)环绕银河系的方向是(shì)一致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在(zài)6月份的(de)时候(hòu)，地球与太(tài)阳的(de)方向正好(hǎo)达(dá)到(dào)完全一致，这是(shì)理论上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质(zhì)流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实(shí)际(jì)的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理论的(de)有效(xiào)性。

因此科(kē)学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员(yuán)们(men)所观测到的周期性(xìng)信号。当然(rán)也可能有其他的情(qíng)况，造(zào)成(chéng)这种年度周期(qī)信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也(yě)符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室，这里的季(jì)节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地(dì)球穿过暗物质流的(de)运动特征和第一(yī)个实(shí)验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可(kě)以(yǐ)得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所(suǒ)以截(jié)至目前还无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪(yí)器提供(gōng)的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的(de)用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对(duì)于(yú)探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室(shì)粒子天(tiān)体(tǐ)物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在，它(tā)们极有可能拥(yōng)有另一(yī)种神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或者说是生(shēng)命进(jìn)化的(de)一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一(yī)步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会(huì)意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这(zhè)样(yàng)的效应(yīng)创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要先找到(dào)暗(àn)物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你(nǐ)们觉得(dé)暗(àn)物质到底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的(de)支持是我更新(xīn)的动力！

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