宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的？为(wèi)何会(huì)存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存(cún)在(zài)的证据，科学家们(men)在过(guò)去的(de)几十年(nián)当(dāng)中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的有(yǒu)效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的(de)自(zì)然哲学数学(xué)原理一书(shū)中，埃萨克牛顿(dùn)发表了(le)万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天(tiān)文学家们发现(xiàn)某(mǒu)些天体运行轨道出现(xiàn)异(yì)常，不符合万有引力(lì)定律的时(shí)候，他们(men)就会(huì)知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王(wáng)星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星(xīng)的存在(zài)。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发现都是(shì)应用(yòng)万有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可(kě)当我们(men)上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个(gè)由数千个星系所组成的(de)巨(jù)大(dà)星系团，这些星(xīng)系被(bèi)引(yǐn)力束缚(fù)在(zài)一起(qǐ)。测量星系(xì)团(tuán)的质量一(yī)般会使(shǐ)用到两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第(dì)一(yī)种是获得(dé)其"光度(dù)学的质量(liàng)"，需(xū)要的(de)数(shù)据是测量各个星系(xì)的(de)光度。

第二(èr)种是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个星(xīng)系相对于星系团的运动速度。当测量结果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻(chè)底懵了(le)，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所(suǒ)存(cún)在，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的(de)是，在测(cè)量速度的过(guò)程中，兹威(wēi)基发现星系(xì)团中很多星系的速度比理论(lùn)上(shàng)要快得多，按(àn)照牛顿的运动(dòng)学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星(xīng)系团内的(de)，它们早就应该被抛出(chū)星系团之外了(le)，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的(de)物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了(le)这(zhè)样部(bù)分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质量(liàng)。只是当时(shí)的人(rén)们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在观(guān)测仙(xiān)女座星(xīng)系中的(de)恒星(xīng)运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道(dào)上的(de)运行速(sù)度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人(rén)感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度(dù)几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中如果(guǒ)没有足(zú)够(gòu)大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围(wéi)的(de)恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使(shǐ)用一(yī)种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来(lái)解释暗物质(zhì)的(de)存在(zài)，这种方法就是测(cè)量星系(xì)当中气(qì)体在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入其(qí)中。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜测量了距离星系(xì)中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元素，发现(xiàn)它们(men)的旋转速度并不符(fú)合牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我们(men)的(de)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(yín)河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计(jì)算，太(tài)阳系的运(yùn)行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个实(shí)际速(sù)度(dù)远(yuǎn)远大于理论速度，那么(me)产生以上(shàng)这种向(xiàng)心加速度的原因很可(kě)能就是存在着一(yī)种我们(men)看不到的(de)物质(zhì)，是(shì)这些暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在了(le)一(yī)起。

也是(shì)从这时开始，越(yuè)来越多的(de)研(yán)究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗(àn)物质的质量占整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不是(shì)唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一(yī)项新的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的(de)微小差异。另外(wài)，天文学家还发现了(le)一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大(dà)小和(hé)银河系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却(què)只有银河系的千分之一(yī)。

所以(yǐ)在(zài)理论(lùn)上，该(gāi)星(xīng)系(xì)必须存在暗(àn)物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析(xī)。但是科学家们(men)使(shǐ)用最先进的(de)望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细(xì)测量之(zhī)后(hòu)，发(fā)现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常的物质和力学定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么又有(yǒu)人提(tí)出(chū)，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近(jìn)的另一个大星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一(yī)种可能就是人(rén)类对(duì)引力(lì)的理(lǐ)解还不(bù)够(gòu)全面，引力很可能(néng)在(zài)不同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们(men)的(de)轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所(suǒ)理(lǐ)解的(de)方式运动。但(dàn)是上升到(dào)星系和星团的(de)尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的(de)方式(shì)。对(duì)于在(zài)星(xīng)系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应(yīng)的(de)概念，指的(de)是在数百(bǎi)万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨(jù)大的质量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发(fā)现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关(guān)于暗物(wù)质存在(zài)的其他的(de)理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙(méng)德(dé)理论(lùn)所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的(de)子弹星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部分的普通(tōng)质量(liàng)都在星(xīng)系的(de)气体当(dāng)中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的时(shí)候(hòu)，星(xīng)际气体的相互作(zuò)用就(jiù)会(huì)导致温(wēn)度(dù)的急(jí)剧升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在(zài)碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系(xì)团(tuán)大部分的质量将位于(yú)所有这些气体所(suǒ)在(zài)的(de)中间区域(yù)。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是(shì)韦伯(bó)望远镜出了什(shén)么问题(tí)，而是这(zhè)样极(jí)遥远的(de)天体和(hé)我们地球(qiú)上的观(guān)测(cè)者(zhě)之(zhī)间。被一个(gè)质量超级(jí)巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就是引力(lì)透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系(xì)团(tuán)观测的时候(hòu)，发现它的大质量区(qū)域(yù)并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释(shì)方法(fǎ)就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物质(zhì)则(zé)直(zhí)接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的(de)引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了(le)各相同(tóng)性的微波(bō)辐射(shè)。其(qí)中红色的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝(lán)色则(zé)表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之间的(de)温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景(jǐng)分(fēn)离后的二值图像进(jìn)行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值的(de)幅(fú)度(dù)会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大(dà)约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是(shì)一(yī)致的。这就意(yì)味着。

用了(le)一(yī)个(gè)简单的理论(lùn)框架，就很好地解释(shì)了很多(duō)不同的观(guān)测结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当(dāng)中存(cún)在着某种类(lèi)型的(de)粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能(néng)够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所需要的实验方式也(yě)不(bù)相(xiāng)同(tóng)。在过去(qù)的几十(shí)年(nián)当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规(guī)物质(zhì)相互(hù)作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实(shí)质性(xìng)的发(fā)现，除(chú)了一个地方，意大(dà)利的格(gé)兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的地学(xué)实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里的(de)科学(xué)家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过(guò)了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的(de)事情(qíng)。探测率(lǜ)会在每年(nián)的6月份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在(zài)11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一(yī)些科学家认为这可能是人类发现暗物质的(de)第一个直接(jiē)证据(jù)。

但是(shì)为(wèi)什(shén)么暗物(wù)质会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才(cái)我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银河(hé)系进行(xíng)移(yí)动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿(chuān)越着暗(àn)物质流(liú)，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的(de)方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河(hé)系(xì)的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的(de)时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达(dá)到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的(de)情(qíng)况中，太阳系相(xiāng)对银河(hé)系的平(píng)面(miàn)呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学(xué)家认(rèn)为(wèi)这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到的周期(qī)性信号。当(dāng)然也可(kě)能(néng)有(yǒu)其(qí)他(tā)的情况，造成这种年度(dù)周期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数(shù)量也(yě)符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了一个几乎相同的(de)实验(yàn)室，这里的(de)季(jì)节(jié)与(yǔ)之(zhī)前的实验(yàn)室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征(zhēng)和第一个(gè)实(shí)验室是一(yī)样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可以得(dé)到相同的信号，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质所存在的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还无法提(tí)供相应的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场(chǎn自然堂雪域精粹适合什么年龄，自然堂紫色和蓝色哪个好g)仪器(qì)提供(gōng)的(de)视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼(màn)太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个关键的用(yòng)途就是探索暗(àn)物(wù)质背后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测(cè)的结果，我(wǒ)们只能拭目以(yǐ)待了。费米实(shí)验(yàn)室(shì)粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如果(guǒ)暗物质存在，它(tā)们(men)极有可能拥(yōng)有另(lìng)一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会(huì)支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命的(de)诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命(mìng)进化的一(yī)个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物(wù)质会(huì)不(bù)会意味着人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某(mǒu)个角落的行星(xīng)上，暗物质正在(zài)通(tōng)过这样的效应(yīng)创造生命(mìng)。当然(rán)，这些(xiē)推论(lùn)的大(dà)前提(tí)是要(yào)先找到暗(àn)物质存在的(de)实(shí)际(jì)证(zhèng)据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在(zài)呢(ne)？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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