宇(yǔ)宙是“人(rén)为制(zhì)造”的？为何会存(cún)在科学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物(wù)质又(yòu)究竟(jìng)是(shì)什(shén)么？人类(lèi)为了寻找暗物(wù)质存(cún)在(zài)的证据，科学家(jiā)们在过(guò)去的(de)几十年当中进行了超过(guò)50次(cì)的(de)长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的(de)有效证据(jù)。除了(le)一个地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的(de)自然(rán)哲学数(shù)学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的(de)规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知(zhī)道，周(zhōu)围一(yī)定有未知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶(yé)就通过(guò)天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并且发(fā)现了海王星的(de)存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王(wáng)星(xīng)民航三个敬畏是指什么 民航三个敬畏是什么时候提出的的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的例子。但(dàn)是(shì)这(zhè)些发现都(dōu)是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们(men)上升到星系或者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨(cí)兹(zī)威基正在研究和测量后发星系团(tuán)的(de)质量。这是一(yī)个(gè)由(yóu)数(shù)千个(gè)星系(xì)所组成的巨大(dà)星系团，这些星(xīng)系(xì)被引(yǐn)力(lì)束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系(xì)团的质量一(yī)般(bān)会(huì)使用到两种方法，当两种方(fāng)法结(jié)果一致，就可(kě)以确定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第(dì)一种(zhǒng)是获(huò)得其"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需要的(de)数据是(shì)测量各(gè)个(gè)星系的光度。

第二(èr)种是动(dòng)力(lì)学(xué)质量的(de)计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是(shì)“光度(dù)学(xué)质量(liàng)”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了(le)，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我(wǒ)们无(wú)法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的(de)速(sù)度比理论(lùn)上要快得多，按照牛(niú)顿的运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见星(xīng)系(xì)的质量所(suǒ)产(chǎn)生(shēng)的(de)引力是(shì)无(wú)法将它们束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛(pāo)出星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的(de)力量在(zài)起作用(yòng)，这(zhè)种力量来(lái)源于某种隐形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这(zhè)样部分不可(kě)见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是(shì)它们(men)却占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部(bù)分的(de)质量。只(zhǐ)是当时的人们对这(zhè)样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福特在观(guān)测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心(xīn)越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速(sù)度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结(jié)果却(què)让人(rén)感到(dào)不可思议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度(dù)几乎保持(chí)不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足(zú)够大的质(zhì)量来(lái)吸引它(tā)们，这(zhè)些外(wài)围(wéi)的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准的方法(fǎ)来(lái)解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就(jiù)是(shì)测量(liàng)星系当中(zhōng)气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如(rú)果出(chū)现异常(cháng)的结(jié)果，就认为是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于(yú)是科(kē)学家(jiā)们通过射电望远镜(jìng)测(cè)量(liàng)了距离星系中心更远距离的(de)氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度(dù)并(bìng)不符合牛顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我们(men)的太(tài)阳系(xì)也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬(xuán)臂之(zhī)上，距离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进(jìn)行(xíng)计算，太阳系(xì)的运行(xíng)速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米/秒的(de)速度围绕银河系(xì)旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速(sù)度(dù)，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就是(shì)存在着一种我们看(kàn)不到的物(wù)质，是这些暗物质的(de)引力(lì)效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这(zhè)时开始，越(yuè)来(lái)越多(duō)的(de)研究人员开始相信暗物质的(de)存在。科学家(jiā)根据(jù)星系(xì)外恒星轨道(dào)的速(sù)度，估算(suàn)在星系当中暗(àn)物质的质(zhì)量占整个星系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物质并不是(shì)唯一可(kě)以(yǐ)解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的(de)研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会(huì)出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银河系不多(duō)，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该(gāi)星系(xì)必须存在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行(xíng)了40个小时(shí)的(de)详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正常的物质(zhì)和力学定(dìng)律(lǜ)来解(jiě)释的。那么又(yòu)有人提出，也(yě)许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附近没(méi)有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全(quán)面，引力很(hěn)可能在不同尺度(dù)空间(jiān)中的工(gōng)作(zuò)方式是(shì)不同的，这(zhè)意(yì)味着在行星(xīng)系尺度(dù)中(zhōng)的(de)天体会沿着它们(men)的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度，引力(lì)之间的相互作用则是不同的(de)方(fāng)式。对(duì)于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还(hái)引入(rù)了外(wài)部场效应的(de)概念，指的(de)是在数百(bǎi)万光年的规(guī)模上，巨(jù)大(dà)的(de)质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味着我们需要对现在(zài)的(de)物理(lǐ)定(dìng)律进行修(xiū)正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让很多人认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这些(xiē)理论(lùn)证(zhèng)据是蒙(méng)德理论所(民航三个敬畏是指什么 民航三个敬畏是什么时候提出的suǒ)没法解(jiě)释的(de)“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年(nián)的子(zi)弹星系团，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系(xì)团所组(zǔ)成，类似(shì)这样的星团，它们(men)大(dà)部(bù)分的普通质量(liàng)都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互(hù)作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量(liàng)将位于所有这些气体所(suǒ)在(zài)的中间区域(yù)。那(nà)么我们通(tōng)过什么来验证它的(de)质(zhì)量区(qū)域到底是不是(shì)集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我(wǒ)们可以明(míng)显地看到很多(duō)星系(xì)似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实(shí)这些星系(xì)本身并不是(shì)真的被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜(jìng)出(chū)了(le)什么问题，而是(shì)这样极遥远的天(tiān)体和我们(men)地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了(le)扭曲。这(zhè)个(gè)现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大(dà)的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测(cè)的(de)时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释(shì)方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物(wù)质则直(zhí)接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的引力透镜研究也(yě)被(bèi)认为(wèi)是暗物质存在(zài)的(de)迄(qì)今为止最(zuì)好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除(chú)此之外，还有来自(zì)宇宙当(dāng)中(zhōng)最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见光(guāng)终于可(kě)以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上留下了(le)各相同性的微波辐(fú)射。其(qí)中红色的部分(fēn)表示(shì)温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它(tā)们之(zhī)间(jiān)的温差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科学家们通(tōng)过(guò)对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来(lái)不应(yīng)该是这样的，而(ér)随着暗(àn)物(wù)质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是(shì)普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星(xīng)系当中恒星(xīng)运(yùn)动所需(xū)要(yào)的暗物(wù)质比例(lì)是一(yī)致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一(yī)个简单的(de)理论框架(jià)，就很好地解释了很(hěn)多(duō)不同的观测结(jié)果(guǒ)。而(ér)暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其(qí)他的电磁作用，只通过(guò)引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果能够(gòu)找到这(zhè)种粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当于找到了暗物(wù)质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学家们已经民航三个敬畏是指什么 民航三个敬畏是什么时候提出的提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实(shí)验方式也(yě)不相(xiāng)同(tóng)。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与(yǔ)常(cháng)规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们(men)已经进(jìn)行了(le)超过50次的实(shí)验(yàn)，却没有任何实(shí)质性的发现(xiàn)，除了一(yī)个地(dì)方(fāng)，意大(dà)利的(de)格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上最大的地(dì)学实验室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层(céng)楼高(gāo)的(de)探测器，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家(jiā)声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份(fèn)达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年都是一(yī)样(yàng)。一些(xiē)科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物(wù)质的第一个直接证据(jù)。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕(rào)着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在以这(zhè)样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这(zhè)个过(guò)程中会(huì)产生相应的振荡，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕(rào)太阳进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半年(nián)的时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在(zài)6月份的(de)时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到(dào)完全一(yī)致，这是理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗(àn)物质流最(zuì)快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这并不影(yǐng)响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家(jiā)认为这可以用来解(jiě)释(shì)，研究人员们(men)所(suǒ)观测到的周期性信号。当然(rán)也(yě)可能(néng)有其他的情况，造成(chéng)这种年度(dù)周期信号的差(chà)异也可(kě)能(néng)是温度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚至连意(yì)大(dà)利游客的(de)数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学(xué)家们又在南(nán)半球(qiú)建(jiàn)立(lì)了(le)一(yī)个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前的实(shí)验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和(hé)第一个(gè)实验室是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在(zài)这里可以得到相(xiāng)同(tóng)的(de)信号，就可(kě)以成为暗(àn)物质所(suǒ)存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个(gè)实验(yàn)室刚(gāng)刚建成不久，所以(yǐ)截(jié)至目前还无(wú)法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键的用(yòng)途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测(cè)的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室粒(lì)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(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一(yī)理论得到进(jìn)一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创(chuàng)造生(shēng)命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你(nǐ)的(de)支持是(shì)我更新的动力！

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