宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造(zào)”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在(zài)的证据，科学家们在过(guò)去的几十年(nián)当(dāng)中进行了超过50次的长期实(shí)验，但是(shì)却没有发现(xiàn)任何(hé)的有效证(zhèng)据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它(tā)揭示(shì)了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学(xué)家们发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不符(fú)合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未(wèi)知的天体通过(guò)引力在摄动(dòng)它的(de)轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在(zài)。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的发(fā)现都(dōu)是应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律所取(qǔ)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(dù)当中，可当我(wǒ)们(men)上升到(dào)星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正在(zài)研究和测量后发星系团的质量。这是(shì)一个由数千个(gè)星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结(jié)果一致，就(jiù)可以确定其(qí)质(zhì)量的(de)范围(wéi)。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数据是测(cè)量各(gè)个星系的光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动(dòng)力学质量的(de)计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中(zhōng)很多星(xīng)系的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可(kě)见(jiàn)星(xīng)系(xì)的质量所(suǒ)产生的引力是(shì)无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不(bù)可见(jiàn)的暗(àn)质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它(tā)们(men)却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当时的(de)人们对(duì)这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距(jù)离中心越远的恒星(xīng)在其轨道(dào)上的运(yùn)行速度就会越慢。但(dàn)是他们观(guān)测的结果却让人感到不(bù)可(kě)思议。

随着与中心距离(lí)的(de)增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力(lì)定律，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质量(liàng)来吸(xī)引它们，这(zhè)些外围的(de)恒星(xīng)早就被甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家们(men)会使用一种相对标准的方法来解释暗物(wù)质的(de)存(cún)在，这种方法就是测(cè)量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物质的(de)力量进入其中。

于(yú)是科学家(jiā)们通过射电望远镜(jìng)测量(liàng)了距(jù)离星系中心更远距离的(de)氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银(yín)河系中心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力定律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系(xì)的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实际速(sù)度独肖有哪几个远远大于理论速度(dù)，那么(me)产生以(yǐ)上这种向心加速度的原(yuán)因(yīn)很可能就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看(kàn)不到的(de)物质，是这些暗(àn)物(wù)质(zhì)的(de)引力效(xiào)应将星(xīng)系(xì)聚(jù)集(jí)在(zài)了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来(lái)越多的研(yán)究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质(zhì)的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个现象的(de)原因。在一(yī)项新的研究(jiū)当(dāng)中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速(sù)度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还(hái)发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是星系当(dāng)中(zhōng)存在(zài)的(de)恒星数量(liàng)却只有银河(hé)系(xì)的千分之一(yī)。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之(zhī)后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以用正常的(de)物(wù)质(zhì)和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有(yǒu)人提出(chū)，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附(fù)近的另(lìng)一个大(dà)星系剥(bō)离(lí)了。奇(qí)怪的是(shì)，它的(de)附近没有任何星系存(cún)在(zài)。造成这些现象的除(chú)了暗(àn)物质(zhì)的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可(kě)能(néng)就(jiù)是人(rén)类对引力的(de)理解还不够全面，引力很可能在不(bù)同(tóng)尺(chǐ)度空(kōng)间中(zhōng)的工作方式是(shì)不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们的(de)轨道(dào)，按照我们(men)所(suǒ)理(lǐ)解的(de)方(fāng)式(shì)运动。但是(shì)上升到星(xīng)系和星团的(de)尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效应的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光年的(de)规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味(wèi)着我们(men)需(xū)要(yào)对现在的物理定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这些发现也让很多(duō)人(rén)认为暗(àn)物质假说理(lǐ)论(lùn)就此终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质(zhì)存在的其他(tā)的(de)理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理(lǐ)论所没(méi)法(fǎ)解释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光年的(de)子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分(fēn)的质量将位于所有这些气体所在(zài)的中(zhōng)间区域。那么我(wǒ)们通(tōng)过什么来(lái)验证它的质量区域到底是不是集中在(zài)中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯(bó)望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和(hé)我们地球上的观测者之(zhī)间(jiān)。被一个质量超级巨(jù)大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远星(xīng)系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象就是引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)效应。这个(gè)巨(jù)大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们(men)对(duì)子弹星系团观测的时候，发(fā)现它的大质量区域(yù)并不是在(zài)中间，而是(shì)在两侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就是当星团发生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可(kě)被观测到的质(zhì)量(liàng)气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则(zé)直接通过了(le)这(zhè)个(gè)区域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被(bèi)认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之(zhī)后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上留(liú)下了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的部(bù)分表示温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的(de)区域，但实(shí)际上它们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对(duì)前景背(bèi)景分离后的(de)二值(zhí)图像进行连通域提取和(hé)标记之后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗(àn)物质(zhì)，图形看起来不应该(gāi)是这(zhè)样(yàng)的，而随(suí)着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的(de)暗物(wù)质大约是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所(suǒ)需要(yào)的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很好(hǎo)地解释(shì)了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任(rèn)何其他的电(diàn)磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来相互作用。所以如(rú)果能够找到这种粒(lì)子(zi)的存在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据(jù)。这(zhè)种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实(shí)验(yàn)方式也不(bù)相同(tóng)。在过(guò)去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常规物质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却(què)没有任(rèn)何实质(zhì)性(xìng)的发(fā)现，除(chú)了(le)一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(独肖有哪几个lǐ)有一(yī)个(gè)三层(céng)楼高的(de)探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子(zi)的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的科学家声称观(guān)测(cè)到了某种信号。经过了20多年(nián)的数(shù)据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事(shì)情。探测率会在每年的(de)6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降到最(zuì)低(dī)，而(ér)且(qiě)在20年当中每年(nián)都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类(lèi)发(fā)现暗(àn)物质(zhì)的(de)第(dì)一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质(zhì)会产生(shēng)周期性(xìng)的年度信号呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味着我(wǒ)们也(yě)在以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个(gè)过程(chéng)中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环(huán)绕(rào)银河系的(de)方向(xiàng)是一(yī)致的，而另(lìng)外(wài)半年则与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地球与太(tài)阳的方向正好(hǎo)达到完全一致(zhì)，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最(zuì)快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到了(le)最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实(shí)际的(de)情况中，太阳(yáng)系相对银河(hé)系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测到(dào)的周期(qī)性信(xìn)号。当然也可(kě)能有其他的情况，造成这种年(nián)度(dù)周(zhōu)期(qī)信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也符合这(zhè)个周(zhōu)期的规律。

所以，科学(xué)家们(men)又在南(nán)半球建(jiàn)立了(le)一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实(shí)验(yàn)室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正(zhèng)好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的运(yùn)动(dòng)特征和第一(yī)个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这里可(kě)以(yǐ)得到相同(tóng)的信号，就可以成为(wèi)暗物(wù)质所存在(zài)的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于(yú)这个(gè)实验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截至目前还无法提(tí)供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃(bó)红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的(de)用途(tú)就是探索暗物(wù)质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中心的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它(tā)们极有可(kě)能(néng)拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生命的(de)诞生(shēng)，或者说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物质(zhì)会不会意味着(zhe)人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的(de)行星上，暗(àn)物质(zhì)正(zhèng)在通(tōng)过这样的(de)效应创造生命。当然，这些推论的(de)大(dà)前提是要(yào)先(xiān)找到暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据(jù)。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存不(bù)存在(zài)呢(ne)？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的(de)支(zhī)持是我更新(xīn)的(de)动(dòng)力！

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