宇宙是“人(rén)为制(zhì)造”的(de)？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科(kē)学家们在过去的(de)几十年(nián)当(dāng)中进(jìn)行(xíng)了超过50次的长期(qī)实验，但是却(què)没有(yǒu)发(fā)现任(rèn)何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表了(le)万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律。往后的几百年(nián)来，当天文(wén)学家(jiā)们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合(hé)万有引力定律的时候(hòu)，他们(men)就会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通过(guò)天王星运行轨道的异(yì)常，推(tuī)算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发(fā)现都是应用万有引力定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当(dāng)中，可(kě)当(dāng)我(wǒ)们上升(shēng)到星系(xì)或者(zhě)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(lǐ)学家弗(fú)里茨兹威基正在研究(jiū)和测量(liàng)后(hòu)发星系团的质(zhì)量。这是一(yī)个由数千个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团，这些星系(xì)被引力(lì)束(shù)缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一般(bān)会使用(yòng)到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)结果一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其质量的(de)范围。

第一种是获得其(qí)"光度(dù)学的质(zhì)量"，需要(yào)的数(shù)据是测量(liàng)各(gè)个星系的(de)光度。

第二种是(shì)动力学质量的计算(suàn)，是利(lì)用光谱红移测量星系团中(zhōng)的(de)各(gè)个星系相对于(yú)星系团(tuán)的运动(dòng)速(sù)度。当测(cè)量(liàng)结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威基彻底懵了(le)，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异(yì)的(de)是(shì)，在测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的(de)速度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的(de)引(yǐn)力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质(zhì)，它不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是(shì)它们(men)却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部(bù)分的质量。只是(shì)当时的人们(men)对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才再(zài)一(yī)次出现(xiàn)。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测(cè)仙女座星系中的(de)恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观学生党如何自W，如何自我安抚(guān)测的结果(guǒ)却让人(rén)感到不可思(sī)议。

随着与中(zhōng)心距离的(de)增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星(xīng)系当(dāng)中如果没(méi)有足够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会(huì)使用一种相对标(biāo)准(zhǔn)的(de)方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气(qì)体在X轴上(shàng)距离(lí)星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量(liàng)进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜测(cè)量(liàng)了距离星系(xì)中心(xīn)更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们(men)的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例(lì)外(wài)，太阳系位于银河系的(de)第三悬(xuán)臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据(jù)万有引(yǐn)力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速(sù)度围绕(rào)银河系(xì)旋转，这个(gè)实际(jì)速度远远(yuǎn)大(dà)于理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以(yǐ)上这(zhè)种向(xiàng)心加(jiā)速度的原因(yīn)很可能就是存在着一(yī)种我们看不(bù)到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这(zhè)时(shí)开始，越来(lái)越(yuè)多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的(de)存在(zài)。科学(xué)家(jiā)根据星系(xì)外(wài)恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估算在星系(xì)当中暗(àn)物质的(de)质(zhì)量占整个(gè)星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可(kě)以(yǐ)解释(shì)这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反(fǎn)常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿(yì)光(guāng)年，大小(xiǎo)和(hé)银河(hé)系不多，但是星系(xì)当(dāng)中存在的(de)恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在(zài)暗(àn)物质，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详(xiáng)细测(cè)量之后，发(fā)现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动(dòng)是(shì)可以用正常的(de)物质和力学(xué)定律来解释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的(de)暗物质，已经被附近的(de)另一个大星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它的附近没有任(rèn)何星系(xì)存在。造成(chéng)这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物质的(de)假说之外，另一种可能就是(shì)人(rén)类对引力的(de)理(lǐ)解还(hái)不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们(men)的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的(de)方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则(zé)是不同的方式。对于在星系(xì)团之间的相互(hù)作(zuò)用，科学家(jiā)还引入了(le)外部(bù)场效应的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会(huì)产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这意味着我们需(xū)要对现在(zài)的物(wù)理定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)修正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗物质存在的其(qí)他(tā)的理论证据，这(zhè)些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞的(de)星系(xì)团所(suǒ)组成，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它们大(dà)部分的普(pǔ)通质(zhì)量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的(de)质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气体所在的中间区域。那么(me)我(wǒ)们通(tōng)过什么来验证它(tā)的质量(liàng)区(qū)域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩(cǎ学生党如何自W，如何自我安抚i)的(de)高清照片，在照片中我们可(kě)以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实(shí)这(zhè)些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了(le)，也不是韦伯(bó)望远镜出了(le)什么问题，而(ér)是这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上的(de)观测(cè)者之间。被一(yī)个质量超级巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星系(xì)的(de)光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天(tiān)体可(kě)能是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们(men)对子(zi)弹星系团(tuán)观测的时(shí)候，发现它(tā)的大质量区域(yù)并不(bù)是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量(liàng)气(qì)体被卡在(zài)了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个(gè)区域，并在(zài)两边形成了(le)引力透镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的引力透镜研究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质存在的(de)迄今为止最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙当中最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下(xià)了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较(jiào)高的区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相对较冷的(de)区域，但(dàn)实际上它们(men)之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家(jiā)们通过对(duì)前景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通(tōng)域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没(méi)有暗(àn)物质(zhì)，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变(biàn)得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐(fú)射的测量值，我们需要(yào)的暗物(wù)质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例(lì)是一致的(de)。这就意味着(zhe)。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观(guān)测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型(xíng)的粒子(zi)，它们不参(cān)与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来(lái)相互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们已经提出了(le)数十种的假想目标(biāo)，而要寻(xún)找这些不同的(de)目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物质(zhì)相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了(le)超过(guò)50次(cì)的实验，却没有任何实质性的(de)发现，除了一个地(dì)方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探(tàn)测(cè)器，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声(shēng)称观测到(dào)了某(mǒu)种(zhǒng)信号(hào)。经(jīng)过(guò)了20多年的数据收集，人们(men)发(fā)现(xiàn)了一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份(fèn)达到(dào)峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发现暗物质的(de)第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产(chǎn)生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存(cún)在(zài)宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产(chǎn)生(shēng)相应的(de)振荡，同(tóng)时地球(qiú)又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时(shí)间，地球围绕太阳(yáng)的(de)方向与太阳环绕银河(hé)系(xì)的方(fāng)向是(shì)一致的，而另外半年(nián)则与之(zhī)相(xiāng)反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这是理论上(shàng)地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太(tài)阳(yáng)系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学生党如何自W，如何自我安抚学(xué)家认(rèn)为这可以用来解释(shì)，研(yán)究人员(yuán)们所观(guān)测(cè)到(dào)的周期性信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造成这(zhè)种年度(dù)周(zhōu)期信号(hào)的差异(yì)也可能是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚至连(lián)意大(dà)利游客(kè)的数量也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南(nán)半球(qiú)建立了一个几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这里(lǐ)的季(jì)节(jié)与之前的实(shí)验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球(qiú)穿(chuān)过(guò)暗物质流的(de)运动特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到(dào)相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非(fēi)常有力(lì)的证(zhèng)据了(le)。但是由于这个(gè)实验室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所以(yǐ)截(jié)至(zhì)目前(qián)还无法提供相应的(de)数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的望(wàng)远镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提(tí)供的视野(yě)是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键(jiàn)的用途就是探索(suǒ)暗(àn)物质(zhì)背后的奥秘，对于(yú)探测的结(jié)果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以待(dài)了。费(fèi)米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如(rú)果暗物(wù)质(zhì)存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神(shén)秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗(àn)物(wù)质会不会意味着(zhe)人(rén)类并不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个(gè)角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的实际(jì)证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到(dào)底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的(de)动力！

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