宇宙(zhòu)是“人为制(zhì)造(zào)”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类(lèi)为了(le)寻找暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们(men)在(zài)过去的(de)几十年(nián)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)了一个地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然(rán)哲学数(shù)学原(yuán)理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规(guī)律。往后的几百年来(lái)，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们就会(huì)知道(dào)，周围一定有未知的天(tiān)体通过引(yǐn)力在(zài)摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通(tōng)过天(tiān)王星运行(xíng)轨(guǐ)道(dào)的异(yì)常，推算并且(qiě)发(fā)现了海王(wáng)星的(de)存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的发现都是(shì)应(yīng)用万有引力定律所取得重(zhòng)大(dà)天文成就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们上升到星(xīng)系或者是(shì)星团的尺(chǐ)度，事情就开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学(xué)家弗(fú)里茨兹威基正在(zài)研究(jiū)和测量(liàng)后(hòu)发星(xīng)系团的质量。这(zhè)是一(yī)个由(yóu)数(shù)千个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引(yǐn)力束(shù)缚(fù)在一(yī)起。测量星系(xì)团的质量一般(bān)会(huì)使用到两种方法，当(dāng)两种方法结(jié)果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测量各(gè)个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是(shì)利用光谱红移(yí)测量星系团中的(de)各个星(xīng)系相对于(yú)星系团的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后(hòu)，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后(hòu)发座(zuò)星系(xì)团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形(xíng)式所(suǒ)存在(zài)，我(wǒ)们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发现星(xīng)系团(tuán)中很多(duō)星系的(de)速度(dù)比(bǐ)理论上要快(kuài)得(dé)多，按照牛顿的运动(dòng)学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些可见星系(xì)的质(zhì)量所(suǒ)产生的(de)引力(lì)是无法(fǎ)将它们(men)束(shù)缚(fù)在星系团(tuán)内(nèi)的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之外了(le)，除非(fēi)有一(yī)种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人(rén)们(men)对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观(guān)测(cè)仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中(zhōng)心越远的(de)恒星在其轨道上的(de)运(yùn)行速度就会越慢(màn)。但是(shì)他们观测(cè)的(de)结果却(què)让人(rén)感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿(dùn)的(de)万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系当中如(rú)果没有足够大的质(zhì)量来(lái)吸引它(tā)们，这(zhè)些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学家们会使(shǐ)用一(yī)种相对标准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方(fāng)法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离(lí)星系中(zhōng)心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结(jié)果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗(àn)物(wù)质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了(le)距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发(fā)现它们(men)的旋(xuán)转速(sù)度并不(bù)符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这(zhè)个实际速度远远大于(yú)理论速度，那(nà)么(me)产生以上这种向心(xīn)加速度的(de)原因很可能就是存在(zài)着一种我们看(kàn)不到的物质(zhì)，是这些(xiē)暗物(wù)质的引力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时(shí)开(kāi)始，越(yuè)来越多(duō)的研究人员开始相信(xìn)暗物质的存(cún)在(zài)。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物(wù)质(zhì)的(de)质(zhì)量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一(yī)可以解释这个现象的(de)原(yuán)因。在一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文学家还发(fā)现了一个(gè)反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球大(dà)约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多(duō)，但是星系当中存在的(de)恒(héng)星数(shù)量却(què)只有银(yín)河系(xì)的千分(fēn)之一(yī)。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星(xīng)系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用正常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物(wù)质，已经(jīng)被(bèi)附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的(de)附近没有任何星系(xì)存(cún)在。造成这(zhè)些(xiē)现象的除了(le)暗物质的假说(shuō)之(zhī)外(wài)，另一(yī)种可能就是(shì)人类对引力的(de)理解还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作(zuò)方(fāng)式是(shì)不同的，这意味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度(dù)中的(de)天体会沿着它们(men)的轨道，按(àn)照我(wǒ)们所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用(yòng)则是不同(tóng)的方式。对(duì)于(yú)在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场(chǎng)效应的(de)概念，指的是在数百万光(guāng)年的(de)规俄罗斯乌克兰什么时候结束战争模上(shàng)，巨大的质量之间会(huì)产生(shēng)对彼此特殊的(de)效果，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需(xū)要对现在(zài)的物理定律进行修正，这些(xiē)发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还(hái)有关于(yú)暗(àn)物质存在的其他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它(tā)们大部分的(de)普(pǔ)通(tōng)质(zhì)量都在(zài)星系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的(de)时候，星际气体的相(xiāng)互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星(xīng)系团(tuán)大(dà)部分(fēn)的质量将位于所(suǒ)有这些气体所在(zài)的中(zhōng)间区域。那么我们(men)通过什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不是(shì)集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜传回了(le)宇宙当中第一张(zhāng)全(quán)彩(cǎi)的(de)高清照片，在照(zhào)片(piàn)中我们(men)可(kě)以明显地看到(dào)很(hěn)多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星(xīng)系本身(shēn)并(bìng)不(bù)是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是这样(yàng)极(jí)遥远(yuǎn)的天体和(hé)我(wǒ)们(men)地球(qiú)上的观测者(zhě)之间。被(bèi)一个质量超级巨(jù)大的(de)天(tiān)体遮挡，这个(gè)超大质量的(de)东西的(de)引力(lì)，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系的光都发(fā)生了(le)扭(niǔ)曲。这(zhè)个(gè)现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的天体可(kě)能(néng)是超大质量的黑(hēi)洞或(huò)者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对子(zi)弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的(de)大(dà)质(zhì)量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则(zé)直(zhí)接通过(guò)了这个区域，并在两(liǎng)边(biān)形成(chéng)了引力透镜(jìng)。对(duì)子(zi)弹(dàn)星系团的引力(lì)透镜研究也(yě)被认为是暗(àn)物(wù)质存在的(de)迄今为止最好的(de)理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万(wàn)年之(zhī)后，可(kě)见光终于可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经(jīng)过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空间(jiān)背景上留(liú)下(xià)了各相同性的微波辐(fú)射。其(qí)中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的(de)区域，但实(shí)际(jì)上它们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学家们(men)通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物(wù)质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会(huì)减(jiǎn)小，才变(biàn)得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解释(shì)星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例(lì)是一致的。这(zhè)就(jiù)意味着。

用(yòng)了一个(gè)简单(dān)的理论框架，就很好(hǎo)地解释(shì)了很(hěn)多不同的观测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的(de)粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁(cí)作用，只通过引力来(lái)相(xiāng)互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的存在，就(jiù)相当于(yú)找到了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到(dào)底是什么？科学家们(men)已经提出了数十种的(de)假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这(zhè)些不同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需要(yào)的实验方式也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人(rén)类(lèi)为(wèi)了(le)寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不(bù)会与常(cháng)规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学(xué)家们(men)已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除(chú)了一(yī)个地(dì)方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下(xià)1400米处的地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏(cáng)着地(dì)球(qiú)上最大的(de)地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层(céng)楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科(kē)学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降(jiàng)到(dào)最低，而且在20年当(dāng)中每年(nián)都是一样。一些科学家认为这可能(néng)是人类发现暗物质的第(dì)一个(gè)直接(jiē)证据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质会(huì)产(chǎn)生周期(qī)性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围(wéi)绕着银河(hé)系进行(xíng)移动，那(nà)么(me)如果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我们(men)也在以这样的速度在穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会产生(shēng)相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方(fāng)向是一(yī)致的，而另(lìng)外半年(nián)则与之相反。

而(ér)在6月份(fèn)的时候，地球与太(tài)阳的方向(xiàng)正好(hǎo)达到完(wán)全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗(àn)物(wù)质流最快(kuài)的时(shí)段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢值。尽管在实际的(de)情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释，研(yán)究人俄罗斯乌克兰什么时候结束战争(rén)员们所(suǒ)观测(cè)到的(de)周期(qī)性信号(hào)。当(dāng)然也(yě)可能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成这种年(nián)度周期信号(hào)的(de)差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高(gāo)山(shān)上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大(dà)利(lì)游客的数量也符合(hé)这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又在(zài)南半(bàn)球(qiú)建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之前的(de)实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地(dì)球穿过暗(àn)物(wù)质流的运动特征和第一个实验室是一样(yàng)的(de)。

因此，如果在这里可以得到相同的(de)信号(hào)，就可以成为暗物(wù)质所存在的非(fēi)常有力(lì)的(de)证据(jù)了(le)。但是由(yóu)于这(zhè)个(gè)实验室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同(tóng)，但它的(de)宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空望远镜(jìng)其中一个(gè)关键的用(yòng)途(tú)就(jiù)是探(tàn)索暗物质背后的奥秘(mì)，对(duì)于探(tàn)测的(de)结果，我们只能拭目以待了(le)。费(fèi)米实验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗物质存在(zài)，它(tā)们极有可能拥有另一种神(shén)秘(mì)的效应，这种暗物质效(xiào)应(yīng)，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者(zhě)说是(shì)生命(mìng)进化的(de)一个重(zhòng)要因素。

如(rú)果这一理论(lùn)得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星上(shàng)，暗物质正在通(tōng)过这样(yàng)的效应(yīng)创造生(shēng)命(mìng)。当然(rán)，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗(àn)物质存在的(de)实(shí)际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是我更新(xīn)的动(dòng)力！

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